ＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子、及びＩＩＩ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
【課題】光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】複合基板１７は、へき開性を有する支持基体１６と窒化ガリウム系半導体膜１８との張り合わせ構造を含む。レーザ共振器となる端面２７がｍ−ｎ面に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を含む半導体領域１９を有する。レーザ構造体１３では、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。端面２７は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。端面２７には、支持基体１６のへき開面と半導体領域１９の端面１９ｃを含む。端面２７は、ドライエッチングにより形成されず、半導体領域１９の端面１９ｃはｃ面、ｍ面又はａ面等のこれまでのへき開面とは異なる。
【解決手段】複合基板１７は、へき開性を有する支持基体１６と窒化ガリウム系半導体膜１８との張り合わせ構造を含む。レーザ共振器となる端面２７がｍ−ｎ面に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を含む半導体領域１９を有する。レーザ構造体１３では、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。端面２７は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。端面２７には、支持基体１６のへき開面と半導体領域１９の端面１９ｃを含む。端面２７は、ドライエッチングにより形成されず、半導体領域１９の端面１９ｃはｃ面、ｍ面又はａ面等のこれまでのへき開面とは異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、III族窒化物半導体レーザが記載されている。このIII族窒化物半導体レーザでは、良好な光閉じ込め性能と良好な結晶品質のＩｎＧａＮ井戸層とを有する。特許文献２には、複合基板が記載されている。特許文献３には、半極性面上に作製された半導体レーザが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１８６２３号公報
【特許文献２】米国特許公開ＵＳ２００７／００２２９４０ Ａ１
【特許文献３】特許４４７５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化ガリウム系半導体レーザは、サファイア基板やＧａＮ基板上に作製される。例えば、自立可能なＧａＮ基板は例えば以下のように作製される。単結晶ＧａＮからなるインゴットをスライスした後にＧａＮスライスを研磨して、ｃ面、ｍ面、ａ面等の主面を有するＧａＮ基板を作製する。また、窒化ガリウム系半導体レーザは、以下のように作製される。ＧａＮ基板上に窒化ガリウム系半導体膜（例えば、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層）をエピタキシャル成長して半導体積層を形成する。この半導体積層上に電極を形成した後に、基板及び半導体積層をへき開して、光共振器を形成するための端面を形成する。
【０００５】
また、ｃ面とは異なる半極性面を用いて、窒化ガリウム系半導体レーザが作製される。ＧａＮ基板の半極性面上に、同様に窒化ガリウム系半導体膜をエピタキシャル成長して半導体積層を形成する。この半導体積層上に電極を形成した後に、光共振器を形成する。
【０００６】
窒化ガリウム系半導体レーザでは、レーザ発振のための光共振器を形成することが必要である。ｐ型及びｎ型クラッド層並びに発光層が窒化ガリウム系半導体からなり、これらの窒化ガリウム系半導体の結晶構造は六方晶である。へき開面は六方晶の結晶構造により規定される。光共振器のための端面形成は、窒化ガリウム系半導体の面方位に依存することになる。
【０００７】
自立可能なＧａＮ基板上にエピタキシャル成長された半導体積層の結晶軸は、ＧａＮ基板の結晶軸に一致する。これ故に、光共振器のための端面を半導体積層に作成するとき、端面の向きは、結晶成長の下地となったＧａＮ基板の面方位によって規定される。例えば、あるレーザ特性に基づく理由からＧａＮ基板主面の面方位を決定したとき、その面方位を有する主面のＧａＮ基板のへき開方向は、光共振器のために求められる端面の向きと一致しないことがある。また、窒化ガリウム系半導体のへき開面においては、へき開性に強弱があり、比較的弱いへき開性を示す面方位におけるへき開歩留まりは、比較的強いへき開性を示す面方位におけるへき開歩留まりに比べて小さくなる傾向にある。良好なへき開性を示すへき開方向は、光共振器のために求められる端面の向きと一致しないことがある。上記の例示のように、光共振器のために求められる端面の向きが、半導体積層における六方晶系結晶構造のへき開面の向きに一致しないことがある。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とし、また光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能な、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、（ａ）へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板と、（ｂ）前記窒化ガリウム系半導体膜の主面上に設けられIII族窒化物半導体からなるエピタキシャル半導体領域と、（ｃ）前記エピタキシャル半導体領域上に設けられており導波路軸の方向に延在する電極とを備える。前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層、活性層、及び第２導電型III族窒化物半導体層を含み、前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層、及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸の方向に配列されており、前記複合基板及び前記エピタキシャル半導体領域はレーザ構造体を構成し、前記レーザ構造体は、前記導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面と、前記導波路軸に交差する方向に延在する第２の端面とを含み、前記第１の端面は、前記レーザ構造体の前記エピタキシャル半導体領域の前記主面のエッジから前記レーザ構造体の前記支持基体の裏面まで延在し、当該III族窒化物レーザのためのレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含む。
【００１０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子の一形態では、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面は半極性面からなり、この半極性の主面上にエピタキシャル半導体領域が設けられる。
【００１１】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、III族窒化物レーザのためのレーザ共振器における第１の端面は、エピタキシャル半導体領域の端面及び支持基体のへき開面を含み、またエピタキシャル半導体領域の主面のエッジから支持基体の裏面まで延在する。半極性主面上のエピタキシャル半導体領域のｃ軸は、半極性主面の法線軸に対して傾斜しているけれども、エピタキシャル半導体領域の端面の延在方向は、支持基体の端面の延在方向に案内される。
【００１２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜していることができる。これにはピエゾ分極が少なくなる、Ｉｎの取り込みが良いという利点がある。或いは、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができる。これにはピエゾ分極が少なくなる、Ｉｎの取り込みが良いという利点がある。また、ｃ軸の傾斜方向は、導波路軸の延在方向に規定されることができる。
【００１３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記支持基体の前記材料のへき開可能な方向は、前記エピタキシャル半導体領域のａ軸及びｍ軸のいずれか一つの方向に合わされていることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、へき開可能な方向がエピタキシャル半導体領域のａ軸方向に合わされているとき、ｍ軸は、窒化ガリウム系半導体膜の主面の法線に対してｃ軸の方向に傾斜される。へき開可能な方向がエピタキシャル半導体領域のｍ軸方向に合わされているとき、ａ軸は、窒化ガリウム系半導体膜の主面の法線に対してｃ軸の方向に傾斜される。エピタキシャル半導体領域の端面はエピタキシャル半導体領域のａ面、ｍ面及びｃ面と異なっている。
【００１４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、前記傾斜角は、４５度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１３５度以下の範囲にあることができる。
【００１５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、上記の角度範囲においては、活性層におけるピエゾ分極が小さく、また上記の半導体層は良好なＩｎ取り込みを示す。これ故に、活性層は、長波長の発光を得るために好適である。
【００１６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、前記傾斜角は、６３度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１１７度以下の範囲にあることができる。
【００１７】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、活性層におけるピエゾ分極が小さくできる。また、活性層の成長におけるＩｎ取り込みが良いので、活性層におけるＩｎ組成の可変範囲が広い。これ故に、長波長の発光を得るために好適である。さらに、エピタキシャル半導体領域のｍ面が、第１の端面における支持基体のへき開面に沿って延在する基準面から離れているので、エピタキシャル半導体領域の端面にへき開面のｍ面が現れる可能性を低くできる。
【００１８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は、前記窒化ガリウム系半導体膜の材料の劈開面に沿って延在する基準面に対して傾斜していることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、エピタキシャル半導体領域の端面における主要な面方位は窒化ガリウム系半導体膜におけるへき開面と異なる。
【００１９】
窒化ガリウム系半導体膜の主面は半極性を示すので、窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸、ｍ軸及びａ軸が、複合基板の主面における法線に対して傾斜している。エピタキシャル半導体領域の端面は、エピタキシャル半導体領域のIII族窒化物半導体のへき開面と異なるけれども、光共振器のための端面に十分な平坦性及び垂直性を有する。
【００２０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記エピタキシャル半導体領域のｃ軸を示すｃ軸ベクトルは、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線成分と前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の平行成分とを含み、前記ｃ軸ベクトルの前記平行成分は、前記エピタキシャル半導体領域の前記端面における法線ベクトルと２度以内の角度を成すことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、偏光特性上、光の増幅に最も有利な面方位にエピタキシャル半導体領域の端面を向けることができる。
【００２１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、当該III族窒化物レーザの発振波長が窒化ガリウム系半導体層５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲にあるように設けられることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、このような長波長域におけるレーザ発振のための光共振器が提供可能である。
【００２２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記導波路軸の方向に傾斜していることができる。
【００２３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、半極性面上のエピタキシャル半導体領域において、ｃ軸が導波路軸の方向に傾斜するとき、レーザ発振のしきい値電流を低くできる遷移をレーザ発振のモードとして選択できる。
【００２４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面から−４度以上＋４度以下の範囲でオフした傾斜面であることができる。III族窒化物半導体レーザ素子によれば、これらの角度範囲において、エピタキシャル半導体領域の端面は、光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。
【００２５】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。III族窒化物半導体レーザ素子によれば、これらの面方位において、エピタキシャル半導体領域の端面は、光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。
【００２６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子の別の形態では、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面はｃ面からなり、この極性主面上にエピタキシャル半導体領域が設けられる。
【００２７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体が、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、劈開性を有する酸化物のいずれかから成ることができる。
【００２８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ＳｉＣからなる支持基体では、ＳｉＣはその上にＧａＮ系半導体のヘテロエピタキシが容易である事から分かるように窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数が近いので、窒化ガリウム系半導体膜の張り合わせに好適である。ＧａＡｓ及びＩｎＰからなる支持基体は良好な劈開性を示し、入手も容易にである。ＺｎＳｅからなる支持基体は、良好な劈開性を示す。ＺｎＯからなる支持基体は、可視光に対して透明であり、導電性を示す。ＧａＮからなる支持基体は、窒化ガリウム系半導体膜の熱膨張係数に一致又は近い熱膨張係数を有し、可視光に対して透明であり、導電性も有する。劈開性を示す酸化物からなる支持基体は、例えばスピネル、マイカ、ケイ酸塩結晶等であり、多くの酸化物は、ＧａＡｓやＩｎＰ等に比べて優れた耐熱性を有する。これ故に、酸化物からなる支持基体は、成膜に高温を用いるIII族窒化物半導体の成長に好適である。
【００２９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記窒化ガリウム系半導体膜の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、転位密度に起因する素子寿命の短縮が低減される。
【００３０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の端面は、前記支持基板の裏面から延在するスクライブ跡を含むことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、へき開性を示す材料からなる支持基板におけるへき開の方向を引き継いで、エピタキシャル半導体領域の端面が形成される。
【００３１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の端面は、前記前記エピタキシャル半導体領域の主面から延在するスクライブ跡を含むことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、へき開性を示す材料からなる支持基板に押圧を行って引き起こされるへき開の向きを引き継いで、エピタキシャル半導体領域の端面が形成される。
【００３２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記エピタキシャル半導体領域の前記活性層における端面と前記窒化ガリウム系半導体膜における結晶軸に直交する基準面との成す角度は、前記III族窒化物半導体のｃ軸及び前記結晶軸によって規定される第１平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成し、前記結晶軸はｍ軸又はａ軸である。
【００３３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子は、ｃ軸及び結晶軸（ｍ軸又はａ軸）の一方から他方に取られる角度に関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。
【００３４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記角度は、前記第１平面及び前記法線軸に直交する第２平面において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。
【００３５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の法線軸に垂直な面において規定される角度に関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。
【００３６】
本発明に係る別の側面は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板を準備する工程と、（ｂ）前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に形成されたエピタキシャル半導体領域と前記複合基板とを含むレーザ構造体、及び電極を有する基板生産物を形成する工程と、（ｃ）前記支持基体のへき開方向に合わせた方向に前記基板生産物をスクライブする工程と、（ｄ）前記基板生産物への押圧により前記基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程とを備える。前記基板生産物は第１の面及び第２の面を有し、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、前記レーザバーは、前記第１の面から前記第２の面にまで延在し前記分離により形成された第１及び第２の端面を有し、前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含み、前記第１及び第２の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、前記電極は、前記エピタキシャル半導体領域の上に形成され、前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸に沿って配列されており、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、前記レーザ構造体は、前記複合基板の前記半極性主面の上に延在するレーザ導波路を含み、前記電極は前記第１及び第２の端面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在する。
【００３７】
この作製方法によれば、複合基板における支持基体のへき開性を利用して、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器のための第１の端面を押圧により形成できる。レーザバーにおける第１の端面は第１の面から第２の面にまで延在し、また第１の端面は、押圧により形成された支持基体のへき開面を含むと共に、この押圧によりエピタキシャル半導体領域にも端面を形成できる。
【００３８】
本発明に係る別の側面の作製方法では、前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、前記スクライブは前記第２の面に前記支持基板の裏面に行われ、前記押圧は前記第１の面に行われることができる。この作製方法によれば、押圧によるエピタキシャル半導体領域の破断が、支持基体におけるへき開面の形成方向を引き継いで生じやすくなる。
【００３９】
本発明に係る別の側面の作製方法では、前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、前記スクライブは前記第１の面に前記半導体領域の表面に行われ、前記押圧は前記第２の面に行われることができる。この作製方法によれば、半導体領域上の電極等の位置を避けて、第１の面にスクライブを行うことができ。スクライブの際にエピタキシャル半導体領域及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００４０】
本発明に係る別の側面の作製方法では、前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、前記スクライブは前記第２の面に前記支持基板の裏面に行われ、前記押圧は前記第２の面に行われることができる。この作製方法によれば、導波路構造を含むエピタキシャル半導体領域へのスクライブ及び押圧を行わないので、スクライブ線の形成及び押圧の際にエピタキシャル半導体領域及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００４１】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能なIII族窒化物半導体レーザ素子が提供されることができ、また光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能な、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。
【図３】図３は、III族窒化物半導体レーザ素子の活性層における発光の偏光を示す図面である。
【図４】図４は、III族窒化物半導体レーザ素子の端面と活性層のｍ面との関係を示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す工程フロー図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、実施例に示されたレーザーダイオードの構造を示す図面である。
【図８】図８は、結晶格子における｛２０−２１｝面を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４５】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではない。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、レーザ構造体１３及び電極１５を備える。レーザ構造体１３は、複合基板１７及びエピタキシャル半導体領域１９（「半導体領域１９」と記す）を含む。複合基板１７は、支持基体１６と窒化ガリウム系半導体膜１８とを含む。支持基体１６は、へき開性を有する材料からなる。窒化ガリウム系半導体膜１８は、支持基体１６の主面１６ａに張り合わされて成る接合ＪＣを有する。複合基板１７は、張り合わせ構造を有する複合基板である。複合基板１７は、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面１７ａと裏面１７ｂとを有する。半導体領域１９は、複合基板１７の半極性主面１７ａ（窒化ガリウム系半導体膜１８の半極性主面１８ａ）上に設けられている。電極１５は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられ、導波路軸（導波路ベクトル）の方向に延在する。半導体領域１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型III族窒化物半導体層を含み、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体層等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型III族窒化物半導体層を含み、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体層からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａ及び障壁層２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は量子井戸構造を含むことができ、活性層２５の発振波長は例えば波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲にあることができる。窒化ガリウム系半導体膜１８の半極性面の利用により、長波長の発光を可能にするＩｎＧａＮ層の成長に好適である。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。レーザ構造体１３は導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面２７及び第２の端面２９を含む。例えばこれらの端面２７、２９は、レーザ構造体１３の半導体領域１９の主面１９ａのエッジからレーザ構造体１３の支持基体１６の裏面１６ｂまで延在する。導波路ベクトルは、第１及び第２の端面２７、２９の一方から他方への方向に向く。
【００４６】
図１を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。半極性主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、図１には、窒化ガリウム系半導体膜１８における代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。また、ベクトルＶＣは、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸の方向を示す。一実施例では、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸（及び、半導体領域１９における前記III族窒化物半導体のｃ軸）は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対して、ゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。これには、ピエゾ分極が少なくなること、Ｉｎの取り込みが良いことという利点がある。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ構造体１３は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する端面２７、２９を含む。また、別の実施例では、端面２７、２９は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差することができる。この形態では、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸（及び、半導体領域１９におけるIII族窒化物半導体のｃ軸）は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるａ軸の方向に法線軸ＮＸに対して、ゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。さらに、必要な場合には、ａ軸やｍ軸といった特定の結晶軸の向きとは関係なく、導波路軸を規定することができる。引き続く説明では、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸が窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｍ軸の方向に傾斜する実施例を説明する。
【００４７】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１６の材料のへき開可能な方向は、半導体領域１９のａ軸及びｍ軸のいずれか一つの方向に合わされていることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、へき開可能な方向が半導体領域１９のａ軸方向に合わされているとき、ｍ軸は複合基板１７の主面の法線軸に対してｃ軸の方向に傾斜されると共に、ａ面は支持基体１６のへき開面の向きに合わされる。へき開可能な方向が半導体領域１９のｍ軸方向に合わされているとき、ａ軸は複合基板１７の主面の法線軸に対してｃ軸の方向に傾斜されると共に、ｍ面は支持基体１６のへき開面の向きに合わされる。これらの場合において、半導体領域１９の端面１９ｃは半導体領域１９のａ面、ｍ面及びｃ面と異なっている。
【００４８】
窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａは研磨面を含むことができる。支持基体１６及び窒化ガリウム系半導体膜１８を含む複合基板１７である複合部材において、研磨面により、適切な面方位とエピ成長の好適な下地面とを提供できる。
【００４９】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、半導体領域１９の端面１９ｃは、窒化ガリウム系半導体膜１８の材料の劈開面に沿って延在する基準面に対して傾斜している。この半導体領域１９の端面１９ｃにおける主要な面方位は窒化ガリウム系半導体膜１８におけるへき開面と異なる。窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａは半極性を示すので、窒化ガリウム系半導体膜１８のｃ軸、ｍ軸及びａ軸が、複合基板１７の主面１７ａにおける法線軸ＮＸに対して傾斜するので、半導体領域１９の端面１９ｃは、半導体領域１９のIII族窒化物半導体のへき開面とはならない。
【００５０】
また、半導体領域１９のｃ軸を示すｃ軸ベクトル（例えば活性層におけるｃ軸ベクトル）Ｖ１９は、窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａの垂直な法線成分Ｖ１９Ｎと窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａに平行な平行成分Ｖ１９Ｐとを含む。このｃ軸ベクトルの平行成分Ｖ１９Ｐは、半導体領域１９の端面１９ｃにおける法線ベクトルＮ１９と２度以内の角度を成すことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、偏光特性上、光の増幅に有利な面方位にエピタキシャル半導体領域の端面を向けることができる。
【００５１】
支持基体１６はへき開性を有する材料からなることができる。一実施例では、支持基体１６が、へき開性を有する二元化合物半導体、例えばＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮを含むことができ、また劈開性を有する酸化物を含むことができる。支持基体１６がＳｉＣからなるとき、ＳｉＣはその上にＧａＮ系半導体のヘテロエピタキシが容易であるので、窒化ガリウム系半導体膜の張り合わせに好適である。支持基体１６がＧａＡｓ及びＩｎＰからなるときは良好な劈開性が得られ、入手も容易である。支持基体１６がＺｎＳｅからなるときは、良好な劈開性が得られる。支持基体１６がＺｎＯからなるときは、可視光に対して透明であり、導電性の複合基板が得られる。支持基体１６がＧａＮ（又は窒化ガリウム系半導体）からなるときは、窒化ガリウム系半導体膜１８の熱膨張係数に一致又は近い熱膨張係数を有し、可視光に対して透明であり、導電性の複合基板が得られる。支持基体１６が、劈開性を示す酸化物からなるとき、例えばスピネル、マイカ、ケイ酸塩結晶等からなるときは、多くの酸化物は、ＧａＡｓやＩｎＰ等に比べて優れた耐熱性を有する。これ故に、酸化物からなる支持基体は、成膜に高温を用いる窒化ガリウム系半導体の成長に好適である。
【００５２】
窒化ガリウム系半導体膜１８の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることができる。転位密度に起因する素子寿命の短縮が低減される。
【００５３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１はレーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａを覆っており、半導体領域１９は絶縁膜３１と複合基板１７との間に位置する。複合基板１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面との交差線ＬＩＸの方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体領域１９の表面１９ａ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。
【００５４】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２の端面２７、２９を含み、第１の端面２７及び第２の端面２９の一方から他方に、レーザ導波路及び導波路軸が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。第１及び第２の端面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。第１及び第２の端面２７、２９の各々は、半導体領域１９の端面１９ｃ及び支持基体１６の端面１６ｃを含む。支持基体１６の端面１６ｃは、へき開面（ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面）である。半導体領域１９の端面１９ｃは、本実施例では、へき開面（ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面）とは異なる。
【００５５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１の一形態では、窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａは半極性面からなり、この半極性主面１８ａ上に半導体領域１９が設けられる。窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａが半極性を示すとき、全ての偏光方向のうち光の増幅に最も有利な方向に反射端面を向けることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、このレーザ素子のためのレーザ共振器における第１の端面２７は、半導体領域１９の端面１９ｃ及び支持基体１６の端面（へき開面）１６ｃを含み、また半導体領域１９の主面１９ａのエッジから支持基体１６の裏面１６ｂのエッジまで延在する。半極性主面１７ａ（１８ａ）上の半導体領域１９のｃ軸は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに対して傾斜しているけれども、半導体領域１９の端面１９ｃの延在方向は、支持基体１６の端面１６ｃの延在方向に案内される。したがって、III族窒化物半導体レーザ素子１１において、光共振器のための半導体領域１９の端面１９ｃの向きを制御可能である。
【００５６】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、図１に示されるように、端面２７、２９の少なくともいずれか一方は、半導体領域１９の主面１９ａから延在するスクライブ跡２０を含むことができる。このスクライブ跡２０はエピ表面から支持基体１６にまで到達する。押圧を行って、へき開性を示す材料からなる支持基板１６に引き起こされるへき開の達成方向を引き継いで、半導体領域１９の端面１９ｃが形成される。スクライブ跡２０はレーザ導波路の両側に設けられることが好ましい。両側のスクライブにより、レーザ導波路の端面は光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。或いは、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、端面２７、２９の少なくともいずれか一方は、支持基板１６の裏面１６ｂから延在するスクライブ跡を含むことができる。へき開性を示す材料からなる支持基板１６におけるへき開の達成方向を引き継いで、レーザ導波路の端面は光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。
【００５７】
また、このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の端面２７、２９がｍ−ｎ面に交差する。これ故に、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ素子１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。
【００５８】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。キャリアブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。複合基板１７の裏面１７ｂには別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば複合基板１７の裏面１７ｂに設けられる。
【００５９】
図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。図３は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の活性層２５における発光の偏光を示す図面である。図４は、ｃ軸及びｍ軸によって規定される断面を模式的に示す図面である。図２の（ａ）部を参照すると、バンド構造ＢＡＮＤのΓ点近傍では、伝導帯と価電子帯との間の可能な遷移は、３つある。Ａバンド及びＢバンドは比較的小さいエネルギ差である。伝導帯とＡバンドとの遷移Ｅａによる発光はａ軸方向に偏光しており、伝導帯とＢバンドとの遷移Ｅｂによる発光はｃ軸を主面に投影した方向に偏光している。レーザ発振に関して、遷移Ｅａのしきい値は遷移Ｅｂのしきい値よりも小さい。
【００６０】
図２の（ｂ）部を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子１１におけるＬＥＤモードにおける光のスペクトルが示されている。ＬＥＤモードにおける光は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向の偏光成分Ｉ１と、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸を主面に投影した方向の偏光成分Ｉ２を含み、偏光成分Ｉ１は偏光成分Ｉ２よりも大きい。偏光度ρは（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）によって規定される。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器を用いて、ＬＥＤモードにおいて大きな発光強度のモードの光をレーザ発振させることができる。
【００６１】
図３に示されるように、第１及び第２の端面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを更に備えることができる。破断面２７、２９にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。
【００６２】
図３の（ｂ）部に示されるように、活性層２５からのレーザ光Ｌは六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光している。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１において、低しきい値電流を実現できるバンド遷移は偏光性を有する。レーザ共振器のための第１及び第２の端面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なる。しかしながら、第１及び第２の端面２７、２９は共振器のための,ミラーとしての平坦性、垂直性を有する。これ故に、第１及び第２の端面２７、２９とこれらの端面２７、２９間に延在するレーザ導波路とを用いて、図３の（ｂ）部に示されるように、ｃ軸を主面に投影した方向に偏光する遷移Ｅｂの発光よりも強い遷移Ｅａの発光を利用して低しきい値のレーザ発振が可能になる。
【００６３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１及び第２の端面２７、２９の各々には、支持基体１６の端面１６ｃ及び半導体領域１９の端面１９ｃが現れており、端面１６ｃ及び端面１９ｃは誘電体多層膜４３ａで覆われている。端面１６ｃ及び活性層２５における端面２５ｃの法線ベクトルＮＡと活性層２５のｍ軸ベクトルＭＡとの成す角度ＢＥＴＡは、半導体領域１９におけるIII族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面Ｓ１において規定される成分（ＢＥＴＡ）１と、第１平面Ｓ１及び法線軸ＮＸに直交する第２平面Ｓ２において規定される成分（ＢＥＴＡ）２とによって規定される。成分（ＢＥＴＡ）１は、III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面Ｓ１において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲であることが好ましい。この角度範囲は、図４において、代表的なｍ面ＳＭと参照面ＦＡとの成す角度として示されている。代表的なｍ面ＳＭが、理解を容易にするために、図４において、レーザ構造体の内側から外側にわたって描かれている。参照面ＦＡは、活性層２５の端面２５ｃに沿って延在する。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度ＢＥＴＡに関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。また、成分（ＢＥＴＡ）２は第２平面Ｓ２において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。ここで、ＢＥＴＡ２＝（ＢＥＴＡ）１２＋（ＢＥＴＡ）２２である。このとき、III族窒化物半導体レーザ素子１１の端面２７、２９は、半極性面１７ａの法線軸ＮＸに垂直な面において規定される角度に関して上記の垂直性を満たす。
【００６４】
再び図１を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、半導体領域の破断の方向を案内するためには、支持基体１６の厚さＤＳＵＢは例えば40μｍ以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子では、レーザ共振器のための良質な端面を得るために好適である。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１６の厚さは60μｍ以上150μｍ以下であることが更に好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ共振器のための良質な端面を得るために更に好適である。また、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりを向上させることができる。
【００６５】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは４５度以上であることが好ましく、また８０度以下であることが好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが好ましく、また１３５度以下であることが好ましい。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。
【００６６】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、更に好ましくは、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは６３度以上であることが好ましく、また８０度以下であることが好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが好ましく、また１１７度以下であることが好ましい。この角度範囲では、活性層におけるピエゾ分極が小さくできる。また、活性層の成長におけるＩｎ取り込みが良いので、活性層におけるＩｎ組成の可変範囲が広い。これ故に、長波長の発光を得るために好適である。さらに、半導体領域１９のｍ面が、端面２７、２９における支持基体１６のへき開面に沿って延在する基準面から離れているので、半導体領域１９の端面１９ｃにへき開面のｍ面が現れる可能性を低くできる。
【００６７】
半極性主面１７ａは、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの面から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も前記主面として好適である。これら典型的な半極性面１７ａにおいて、当該III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性の第１及び第２の端面２７、２９を提供できる。また、これらの典型的な面方位にわたる角度の範囲において、十分な平坦性及び垂直性を示す端面が得られる。
【００６８】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、複合基板１７における窒化ガリウム系半導体膜１８の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることができる。転位密度に起因する素子寿命の短縮が低減される。また、複合基板１７の窒化ガリウム系半導体膜１８は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、共振器として利用可能な端面２７、２９を得ることができる。ＩｎＧａＮ膜を用いるとき、基板主面と発光層との格子不整合率を小さくでき、結晶品質を向上できる。
【００６９】
図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図６の（ａ）部を参照すると、複合基板５１が示されている。工程Ｓ１０１では、III族窒化物半導体レーザ素子の作製のための複合基板５１を準備する。複合基板５１は、支持基体５０と、支持基体５０に張り合わせ接合された窒化ガリウム系半導体薄膜５２とを含む。窒化ガリウム系半導体薄膜５２の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸（ベクトルＶＣ）は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸方向（ベクトルＶＭ）に法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。これ故に、複合基板５１の主面５１ａは、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性を有する。窒化ガリウム系半導体薄膜５２の厚さは例えば50ｎｍ以上であり、1000ｎｍ以下である。
【００７０】
複合基板５１の作製の一例を説明する。半極性面（例えばｃ軸をｍ軸方向に７５度の角度で傾斜させた半極性面）を有するＧａＮインゴットを準備すると共に。ｃ面主面を有するＳｉＣ下地基板を準備する。下地基板の主面は、この主面がこの基板のへき開面にほぼ垂直になるように決定されることができる。ＧａＮインゴットの半極性面をＳｉＣ支持基体のｃ面主面に接合する。この接合の位置合わせにおいて、ＧａＮインゴットのａ面とＳｉＣ支持基板のａ面が平行となるように接合する。接合の後に、ＳｉＣ支持基体のｃ面主面に数百ナノメートルのＧａＮ薄層が残るように、ＳｉＣ支持基板をＧａＮインゴットから剥離する。その後に、例えばＧａＮ薄層を研磨して、ＧａＮ研磨面を有する複合基板を得る。研磨後において、窒化ガリウム系半導体薄膜５２の厚さは例えば300ｎｍである。なお、本実施例では、ＧａＮインゴットのａ面とＳｉＣ支持基板のａ面が平行となるように接合したけれども、ＧａＮインゴットの他のへき開面（例えばｍ面やｃ面）とＳｉＣ支持基板の他のへき開面（例えばｍ面やｃ面）が平行となるように接合してもよい。
【００７１】
工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図６の（ａ）部では、基板生産物ＳＰはほぼ円板形の部材として描かれているけれども、基板生産物ＳＰの形状はこれに限定されるものではない。基板生産物ＳＰを得るために、まず、工程Ｓ１０３では、レーザ構造体５５を形成する。レーザ構造体５５は、半導体領域５３及び複合基板５１を含んでおり、工程Ｓ１０３では、半導体領域５３は半極性主面５１ａ上に形成される。半導体領域５３を形成するために、半極性主面５１ａ上に、第１導電型の窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１を順に成長する。窒化ガリウム系半導体領域５７は例えばｎ型クラッド層を含み、窒化ガリウム系半導体領域６１は例えばｐ型クラッド層を含むことができる。発光層５９は窒化ガリウム系半導体領域５７と窒化ガリウム系半導体領域６１との間に設けられ、また活性層、光ガイド層及び電子ブロック層等を含むことができる。窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１は、半極性主面５１ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。これらの半導体層はエピタキシャル成長される。半導体領域５３上は、絶縁膜５４で覆われている。絶縁膜５４は例えばシリコン酸化物からなる。絶縁膜５４は開口５４ａを有する。開口５４ａは例えばストライプ形状を成す。
【００７２】
工程Ｓ１０４では、レーザ構造体５５上に、アノード電極５８ａ及びカソード電極５８ｂが形成される。また、複合基板５１の裏面に電極を形成する前に、結晶成長に用いた基板の裏面を研磨して、所望の厚さＤＳＵＢの基板生産物ＳＰを形成する。電極の形成では、例えばアノード電極５８ａが半導体領域５３上に形成されると共に、カソード電極５８ｂが複合基板５１の裏面（研磨面）５１ｂ上に形成される。アノード電極５８ａはＸ軸方向に延在し、カソード電極５８ｂは裏面５１ｂの全面を覆っている。これらの工程により、基板生産物ＳＰが形成される。基板生産物ＳＰは、第１の面６３ａと、これに反対側に位置する第２の面６３ｂとを含む。半導体領域５３は第１の面６３ａと複合基板５１との間に位置する。
【００７３】
工程Ｓ１０５では、図６の（ｂ）部に示されるように、基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブする。このスクライブは、レーザスクライバ１０ａを用いて行われる。スクライブによりスクライブ溝６５ａが形成される。図６の（ｂ）部では、５つのスクライブ溝が既に形成されており、レーザビームＬＢを用いてスクライブ溝６５ｂの形成が進められている。スクライブ溝６５ａの長さは、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面と第１の面６３ａとの交差線ＡＩＳの長さよりも短く、交差線ＡＩＳの一部分にレーザビームＬＢの照射が行われる。レーザビームＬＢの照射により、特定の方向に延在し半導体領域に到達する溝が第１の面６３ａに形成される。スクライブ溝６５ａは例えば基板生産物ＳＰの一エッジに形成されることができる。スクライブ溝６５ａは支持基体のへき開方向に延在する。
【００７４】
工程Ｓ１０６では、図６の（ｃ）部に示されるように、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押圧は、例えばブレード６９といったブレイキング装置を用いて行われる。ブレード６９は、一方向に延在するエッジ６９ａと、エッジ６９ａを規定する少なくとも２つのブレード面６９ｂ、６９ｃを含む。また、基板生産物ＳＰ１の押圧は支持装置７１上において行われる。支持装置７１は、支持面７１ａと凹部７１ｂとを含み、凹部７１ｂは一方向に延在する。凹部７１ｂは、支持面７１ａに形成されている。基板生産物ＳＰ１のスクライブ溝６５ａの向き及び位置を支持装置７１の凹部７１ｂの延在方向に合わせて、基板生産物ＳＰ１を支持装置７１上において凹部７１ｂに位置決めする。凹部７１ｂの延在方向にブレイキング装置のエッジの向きを合わせて、第２の面６３ｂに交差する方向からブレイキング装置のエッジを基板生産物ＳＰ１に押し当てる。交差方向は好ましくは第２の面６３ｂにほぼ垂直方向である。これによって、基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押し当てにより、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有するレーザバーＬＢ１が形成され、これらの端面６７ａ、６７ｂは少なくとも発光層の一部は半導体レーザの共振ミラーに適用可能な程度の垂直性及び平坦性を有する。この分離の際に、押圧により複合基板５１の支持基体５０にへき開が生じ、このへき開に続く破断が半導体領域５３に及んで半導体領域５３に端面が形成される。半導体領域５３における端面の延在方向は、へき開面の延在方向により規定される。
【００７５】
この作製方法によれば、支持基体５０及び窒化ガリウム系半導体膜５２を含む複合基板５１における支持基体５０のへき開性を利用して、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器のための端面６７ａ、６７ｂを押圧により形成できる。レーザバーにおける端面６７ａ、６７ｂは第１の面６３ａから第２の面６３ｂにまで延在する。また。端面６７ａ、６７ｂは支持基体５０のへき開面を含むと共に、この押圧により半導体領域５３にも端面を提供できる。
【００７６】
製法方法は例えば以下のものを採用できる。半導体領域５３は第１の面６３ａ（半導体領域５３の表面に）と複合基板５１との間に位置する。一作製方法では、スクライブは第２の面６３ｂ（支持基板５０の裏面に）に行う。押圧は第１の面６３ａに行われる。この作製方法によれば、押圧による半導体領域５３の破断が、支持基体５０におけるへき開面の形成方向を引き継いで、生じやすくなる。
【００７７】
別の作製方法では、スクライブは第１の面６３ａに行われる。押圧は第２の面６３ｂに行われる。この作製方法によれば、半導体領域５３上の電極等の位置を避けて、第１の面６３ａにスクライブを行うことができ、スクライブの際に半導体領域５３及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００７８】
さらに別の作製方法では、スクライブは第２の面６３ｂに行われる。押圧は第２の面６３ｂに行われる。この作製方法によれば、導波路構造を含む半導体領域５３へのスクライブ及び押圧を行わないので、スクライブ線の形成及び押圧の際に半導体領域５３及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００７９】
形成されたレーザバーＬＢ１は、上記の分離により形成された第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有し、端面６７ａ、６７ｂの各々は、第１の面６３ａから第２の面６３ｂにまで延在する。これ故に、端面６７ａ、６７ｂは、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、ＸＺ面に交差する。このＸＺ面は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に対応する。
【００８０】
この方法によれば、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブした後に、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、新たな基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。これ故に、ｍ−ｎ面に交差するように、レーザバーＬＢ１に第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂが形成される。この端面形成によれば、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂに当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性が提供される。
【００８１】
また、この方法では、形成されたレーザ導波路は、六方晶系III族窒化物のｃ軸の傾斜の方向に延在している。ドライエッチング面を用いずに、このレーザ導波路を提供できる共振器ミラー端面を形成している。
【００８２】
この方法によれば、基板生産物ＳＰ１のブレイクにより、新たな基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１が形成される。工程Ｓ１０７では、押圧による分離を繰り返して、多数のレーザバーを作製する。この割断は、レーザバーＬＢ１の分離線ＢＲＥＡＫに比べて短いスクライブ溝６５ａを用いて引き起こされる。
【００８３】
工程Ｓ１０８では、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂに誘電体多層膜を形成して、レーザバー生産物を形成する。工程Ｓ１０９では、このレーザバー生産物を個々の半導体レーザのチップに分離する。
【００８４】
本実施の形態に係る製造方法では、角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。更に好ましくは、角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面の一部に、ｍ面が出現する可能性がある。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。半極性主面５１ａは、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの面から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も前記主面として好適である。これら典型的な半極性面において、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性でレーザ共振器のための端面を提供できる。
【００８５】
また、複合基板５１の窒化ガリウム系半導体薄膜５２は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、レーザ共振器として利用可能な端面を得ることができる。複合基板５１の窒化ガリウム系半導体薄膜５２は好ましくはＧａＮからなる。支持基体５０が、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、劈開性を有する酸化物のいずれかから成ることができる。例えば、これらの材料の支持基体上にＧａＮ薄膜が貼り合わされた複合基板を作製することができる。この複合基板では、ＧａＮ薄膜のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）の向きがそれぞれ支持基体のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）の向きに合わされてもよく、或いはＧａＮ薄膜のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）のいずれかの向きが支持基体のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）のいずれかの向きに合わされていてもよい。また、ＧａＮ系半導体（例えばＧａＮ）からなる支持基体とＧａＮ系半導体（例えばＧａＮ）からなる薄膜との貼り合わせ構造を含む複合基板では、支持基体の結晶性は薄膜の結晶性より低くして、コスト低減を図ることができる。
【００８６】
この複合基板では、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性、垂直性があるか又はイオンダメージの無い端面６７ａ、６７ｂを歩留まりよく形成できる。
【００８７】
本実施の形態に係るレーザ端面の製造方法では、レーザバーＬＢ１においても、図３を参照しながら説明された角度ＢＥＴＡが規定される。レーザバーＬＢ１では、角度ＢＥＴＡの成分（ＢＥＴＡ）１は、III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面（図３を参照した説明における第１平面Ｓ１に対応する面）において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲であることが好ましい。レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂは、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度ＢＥＴＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。また、角度ＢＥＴＡの成分（ＢＥＴＡ）２は、第２平面（図３に示された第２平面Ｓ２に対応する面）において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。このとき、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂは、半極性面５１ａの法線軸ＮＸに垂直な面において規定される角度ＢＥＴＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。
【００８８】
端面６７ａ、６７ｂは、半極性面５１ａ上にエピタキシャルに成長された複数の窒化ガリウム系半導体層への押圧によるブレイクによって形成される。半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜であるが故に、端面６７ａ、６７ｂの半導体領域５３の端面は、これまで共振器ミラーとして用いられてきたｃ面、ｍ面、又はａ面といった低面指数のへき開面ではない。しかしながら、半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜の積層のブレイクにおいて、端面６７ａ、６７ｂは、共振器ミラーとして適用可能な平坦性及び垂直性を有する。
【００８９】
この端面を有するレーザの共振器としての有用性を調べるため、以下の通り、図７に示されるレーザーダイオードを有機金属気相成長法により成長した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）を用いた。上記のように作製された複合基板７１を準備した。ｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角度ＡＬＰＨＡが０度から９０度の範囲の所望のオフ角を有しＨＶＰＥ法で厚く成長したＧａＮインゴットを準備し、このＧａＮインゴットのｍ７５度ＧａＮ面をＳｉＣ支持基体のｃ面主面に接合した後に、ＳｉＣ支持基体７０ａの主面にＧａＮ薄膜７０ｂを残すように処理して、複合基板７１を作製する。例えば、７５度の角度のＧａＮ主面は、｛２０−２１｝面の面方位に対応する。図８に示される六方晶系の結晶格子において参照符号７１ａによって示されている。
【００９０】
この基板７１を反応炉内のサセプタ上に配置した後に、以下の成長手順でエピタキシャル層を成長した。まず、厚さ５００ｎｍのｎ型ＧａＮ７２を成長した。次に、厚さ１５００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７３を成長した。引き続き、厚さ２００ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７４を成長した後に、ＧａＮ厚さ１５ｎｍ／ＩｎＧａＮ厚さ３ｎｍから構成されるＭＱＷ７５を成長した。続いて、厚さ２００ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７６、及び厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層７７を成長した。次に、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７を成長した。最後に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７８を成長した。
【００９１】
ＳｉＯ２の絶縁膜７９をコンタクト層７８上に成膜した後に、フォトリソグラフィを用いて幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成した。ここで、以下の２通りにストライプ方向のコンタクト窓を形成した。レーザストライプがＭ方向（コンタクト窓がｃ軸及びｍ軸によって規定される所定の面に沿った方向）のものを作製する。
【００９２】
ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極８０ａとＴｉ／Ａｌから成るパッド電極を蒸着した。次いで、ＳｉＣ支持基体の裏面をダイヤモンドスラリーを用いて研磨し、裏面がミラー状態の基板生産物を作製した。ＳｉＣ支持基体の裏面（研磨面）にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るｎ側電極８０ｂを蒸着により形成した。
【００９３】
ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板裏側に押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。より具体的に、ＳｉＣ支持基体のｃ面上のＧａＮ薄膜の｛２０−２１｝面の主面について、結晶方位と端面との関係を示したものが、図８の（ａ）部と図８の（ｂ）部である。図８の（ａ）部はレーザストライプを上記のＭ方向に設けた場合であり、半極性面７１ａと共にレーザ共振器のための端面８１ａ、８１ｂが示される。端面８１ａ、８１ｂは半極性面７１ａにほぼ直交しているが、従来のｃ面、ｍ面又はａ面等のこれまでのへき開面とは異なる。図８の（ｂ）部はレーザストライプを＜１１−２０＞方向に設けた場合であり、半極性面７１ａと共にレーザ共振器のための端面８１ｃ、８１ｄが示される。端面８１ｃ、８１ｄは半極性面７１ａにほぼ直交しており、ａ面から構成される。
【００９４】
上記の実施例を含めた様々な実験によって、角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲であることが好ましい。
【００９５】
発振チップ歩留を向上させるためには、ｃ軸の傾斜をｍ軸の方向に規定する角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。典型的な半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの半極性面からの微傾斜面であることができる。例えば、半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面から、ｍ面方向に−４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面であることができる。
【００９６】
発振チップ歩留を向上させるためには、ｃ軸の傾斜をａ軸の方向に規定する角度ＡＬＰＨＡは、５９度以上８０度以下及び１００度以上１２１度以下の範囲であることができる。典型的な半極性主面、｛１１−２２｝面、｛１１−２１｝面、｛１１−２−２｝面、及び｛１１−２１｝面のいずれかであることができる。更に、これらのいずれかの半極性面から、ａ面方向に−４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面であることができる。
【００９７】
実施の形態における説明においては、支持基体に張り合わされた窒化ガリウム系半導体膜の主面は半極性を示す形態を説明したけれども、複合基板は、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる半極性面と異なる極性品質（極性面、無極性面）を有することができる。支持基体の材料のへき開可能な方向は、複合基板上に設けられる半導体領域のａ軸、ｍ軸及びｃ軸のいずれか一つの方向に合わされていることができる。例えば、無極性面に関しては、へき開可能な方向がエピタキシャル半導体領域のｃ軸方向に合わされているとき、ｍ軸及びａ軸の一方は、複合基板の主面の法線軸に対してｍ軸及びａ軸の他方の方向に傾斜可能である。複合基板が、III族窒化物（例えばＧａＮ）と異なる異種材料の支持基体と該異種基板に接合を成すＧａＮ半導体薄膜とを含むとき、高品質のＧａＮ主面を有する安価な基板を提供できる。なお、例えば結晶学的な（０００１）面から微少な傾斜（例えば−2度以上＋2度以下）を有する半導体面も極性面と呼び、無極性についても同様に扱う。
【００９８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能なIII族窒化物半導体レーザ素子が提供され、また光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能な、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【０１００】
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１６…支持基体、１８…窒化ガリウム系半導体膜、１７…複合基板、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…支持基体裏面、１７ｃ…支持基体端面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、１９ｃ…半導体領域端面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、ＭＡ…ｍ軸ベクトル、ＢＥＴＡ…角度、５０…支持基体、５２…窒化ガリウム系半導体膜、５１…複合基板、５１ａ…半極性主面、ＳＰ…基板生産物、５３…半導体領域、５４…絶縁膜、５４ａ…絶縁膜開口、５５…レーザ構造体、５７…窒化ガリウム系半導体領域、５９…発光層、５８ａ…アノード電極、５８ｂ…カソード電極、６１…窒化ガリウム系半導体領域、６３ａ…第１の面、６３ｂ…第２の面、１０ａ…レーザスクライバ、６５ａ…スクライブ溝、６５ｂ…スクライブ溝、ＬＢ…レーザビーム、ＳＰ１…基板生産物、ＬＢ１…レーザバー、６９…ブレード、６９ａ…エッジ、６９ｂ、６９ｃ…ブレード面、７１…支持装置、７１ａ…支持面、７１ｂ…凹部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、III族窒化物半導体レーザが記載されている。このIII族窒化物半導体レーザでは、良好な光閉じ込め性能と良好な結晶品質のＩｎＧａＮ井戸層とを有する。特許文献２には、複合基板が記載されている。特許文献３には、半極性面上に作製された半導体レーザが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１８６２３号公報
【特許文献２】米国特許公開ＵＳ２００７／００２２９４０ Ａ１
【特許文献３】特許４４７５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化ガリウム系半導体レーザは、サファイア基板やＧａＮ基板上に作製される。例えば、自立可能なＧａＮ基板は例えば以下のように作製される。単結晶ＧａＮからなるインゴットをスライスした後にＧａＮスライスを研磨して、ｃ面、ｍ面、ａ面等の主面を有するＧａＮ基板を作製する。また、窒化ガリウム系半導体レーザは、以下のように作製される。ＧａＮ基板上に窒化ガリウム系半導体膜（例えば、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層）をエピタキシャル成長して半導体積層を形成する。この半導体積層上に電極を形成した後に、基板及び半導体積層をへき開して、光共振器を形成するための端面を形成する。
【０００５】
また、ｃ面とは異なる半極性面を用いて、窒化ガリウム系半導体レーザが作製される。ＧａＮ基板の半極性面上に、同様に窒化ガリウム系半導体膜をエピタキシャル成長して半導体積層を形成する。この半導体積層上に電極を形成した後に、光共振器を形成する。
【０００６】
窒化ガリウム系半導体レーザでは、レーザ発振のための光共振器を形成することが必要である。ｐ型及びｎ型クラッド層並びに発光層が窒化ガリウム系半導体からなり、これらの窒化ガリウム系半導体の結晶構造は六方晶である。へき開面は六方晶の結晶構造により規定される。光共振器のための端面形成は、窒化ガリウム系半導体の面方位に依存することになる。
【０００７】
自立可能なＧａＮ基板上にエピタキシャル成長された半導体積層の結晶軸は、ＧａＮ基板の結晶軸に一致する。これ故に、光共振器のための端面を半導体積層に作成するとき、端面の向きは、結晶成長の下地となったＧａＮ基板の面方位によって規定される。例えば、あるレーザ特性に基づく理由からＧａＮ基板主面の面方位を決定したとき、その面方位を有する主面のＧａＮ基板のへき開方向は、光共振器のために求められる端面の向きと一致しないことがある。また、窒化ガリウム系半導体のへき開面においては、へき開性に強弱があり、比較的弱いへき開性を示す面方位におけるへき開歩留まりは、比較的強いへき開性を示す面方位におけるへき開歩留まりに比べて小さくなる傾向にある。良好なへき開性を示すへき開方向は、光共振器のために求められる端面の向きと一致しないことがある。上記の例示のように、光共振器のために求められる端面の向きが、半導体積層における六方晶系結晶構造のへき開面の向きに一致しないことがある。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とし、また光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能な、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、（ａ）へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板と、（ｂ）前記窒化ガリウム系半導体膜の主面上に設けられIII族窒化物半導体からなるエピタキシャル半導体領域と、（ｃ）前記エピタキシャル半導体領域上に設けられており導波路軸の方向に延在する電極とを備える。前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層、活性層、及び第２導電型III族窒化物半導体層を含み、前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層、及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸の方向に配列されており、前記複合基板及び前記エピタキシャル半導体領域はレーザ構造体を構成し、前記レーザ構造体は、前記導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面と、前記導波路軸に交差する方向に延在する第２の端面とを含み、前記第１の端面は、前記レーザ構造体の前記エピタキシャル半導体領域の前記主面のエッジから前記レーザ構造体の前記支持基体の裏面まで延在し、当該III族窒化物レーザのためのレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含む。
【００１０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子の一形態では、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面は半極性面からなり、この半極性の主面上にエピタキシャル半導体領域が設けられる。
【００１１】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、III族窒化物レーザのためのレーザ共振器における第１の端面は、エピタキシャル半導体領域の端面及び支持基体のへき開面を含み、またエピタキシャル半導体領域の主面のエッジから支持基体の裏面まで延在する。半極性主面上のエピタキシャル半導体領域のｃ軸は、半極性主面の法線軸に対して傾斜しているけれども、エピタキシャル半導体領域の端面の延在方向は、支持基体の端面の延在方向に案内される。
【００１２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記III族窒化物半導体のｍ軸の方向に傾斜していることができる。これにはピエゾ分極が少なくなる、Ｉｎの取り込みが良いという利点がある。或いは、本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記III族窒化物半導体のａ軸の方向に傾斜していることができる。これにはピエゾ分極が少なくなる、Ｉｎの取り込みが良いという利点がある。また、ｃ軸の傾斜方向は、導波路軸の延在方向に規定されることができる。
【００１３】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記支持基体の前記材料のへき開可能な方向は、前記エピタキシャル半導体領域のａ軸及びｍ軸のいずれか一つの方向に合わされていることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、へき開可能な方向がエピタキシャル半導体領域のａ軸方向に合わされているとき、ｍ軸は、窒化ガリウム系半導体膜の主面の法線に対してｃ軸の方向に傾斜される。へき開可能な方向がエピタキシャル半導体領域のｍ軸方向に合わされているとき、ａ軸は、窒化ガリウム系半導体膜の主面の法線に対してｃ軸の方向に傾斜される。エピタキシャル半導体領域の端面はエピタキシャル半導体領域のａ面、ｍ面及びｃ面と異なっている。
【００１４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、前記傾斜角は、４５度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１３５度以下の範囲にあることができる。
【００１５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、上記の角度範囲においては、活性層におけるピエゾ分極が小さく、また上記の半導体層は良好なＩｎ取り込みを示す。これ故に、活性層は、長波長の発光を得るために好適である。
【００１６】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、前記傾斜角は、６３度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１１７度以下の範囲にあることができる。
【００１７】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、活性層におけるピエゾ分極が小さくできる。また、活性層の成長におけるＩｎ取り込みが良いので、活性層におけるＩｎ組成の可変範囲が広い。これ故に、長波長の発光を得るために好適である。さらに、エピタキシャル半導体領域のｍ面が、第１の端面における支持基体のへき開面に沿って延在する基準面から離れているので、エピタキシャル半導体領域の端面にへき開面のｍ面が現れる可能性を低くできる。
【００１８】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は、前記窒化ガリウム系半導体膜の材料の劈開面に沿って延在する基準面に対して傾斜していることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、エピタキシャル半導体領域の端面における主要な面方位は窒化ガリウム系半導体膜におけるへき開面と異なる。
【００１９】
窒化ガリウム系半導体膜の主面は半極性を示すので、窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸、ｍ軸及びａ軸が、複合基板の主面における法線に対して傾斜している。エピタキシャル半導体領域の端面は、エピタキシャル半導体領域のIII族窒化物半導体のへき開面と異なるけれども、光共振器のための端面に十分な平坦性及び垂直性を有する。
【００２０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記エピタキシャル半導体領域のｃ軸を示すｃ軸ベクトルは、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線成分と前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の平行成分とを含み、前記ｃ軸ベクトルの前記平行成分は、前記エピタキシャル半導体領域の前記端面における法線ベクトルと２度以内の角度を成すことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、偏光特性上、光の増幅に最も有利な面方位にエピタキシャル半導体領域の端面を向けることができる。
【００２１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、当該III族窒化物レーザの発振波長が窒化ガリウム系半導体層５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲にあるように設けられることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、このような長波長域におけるレーザ発振のための光共振器が提供可能である。
【００２２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記導波路軸の方向に傾斜していることができる。
【００２３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、半極性面上のエピタキシャル半導体領域において、ｃ軸が導波路軸の方向に傾斜するとき、レーザ発振のしきい値電流を低くできる遷移をレーザ発振のモードとして選択できる。
【００２４】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面から−４度以上＋４度以下の範囲でオフした傾斜面であることができる。III族窒化物半導体レーザ素子によれば、これらの角度範囲において、エピタキシャル半導体領域の端面は、光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。
【００２５】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。III族窒化物半導体レーザ素子によれば、これらの面方位において、エピタキシャル半導体領域の端面は、光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。
【００２６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子の別の形態では、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面はｃ面からなり、この極性主面上にエピタキシャル半導体領域が設けられる。
【００２７】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記支持基体が、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、劈開性を有する酸化物のいずれかから成ることができる。
【００２８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ＳｉＣからなる支持基体では、ＳｉＣはその上にＧａＮ系半導体のヘテロエピタキシが容易である事から分かるように窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数が近いので、窒化ガリウム系半導体膜の張り合わせに好適である。ＧａＡｓ及びＩｎＰからなる支持基体は良好な劈開性を示し、入手も容易にである。ＺｎＳｅからなる支持基体は、良好な劈開性を示す。ＺｎＯからなる支持基体は、可視光に対して透明であり、導電性を示す。ＧａＮからなる支持基体は、窒化ガリウム系半導体膜の熱膨張係数に一致又は近い熱膨張係数を有し、可視光に対して透明であり、導電性も有する。劈開性を示す酸化物からなる支持基体は、例えばスピネル、マイカ、ケイ酸塩結晶等であり、多くの酸化物は、ＧａＡｓやＩｎＰ等に比べて優れた耐熱性を有する。これ故に、酸化物からなる支持基体は、成膜に高温を用いるIII族窒化物半導体の成長に好適である。
【００２９】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記窒化ガリウム系半導体膜の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、転位密度に起因する素子寿命の短縮が低減される。
【００３０】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の端面は、前記支持基板の裏面から延在するスクライブ跡を含むことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、へき開性を示す材料からなる支持基板におけるへき開の方向を引き継いで、エピタキシャル半導体領域の端面が形成される。
【００３１】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の端面は、前記前記エピタキシャル半導体領域の主面から延在するスクライブ跡を含むことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、へき開性を示す材料からなる支持基板に押圧を行って引き起こされるへき開の向きを引き継いで、エピタキシャル半導体領域の端面が形成される。
【００３２】
本発明の一側面に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記エピタキシャル半導体領域の前記活性層における端面と前記窒化ガリウム系半導体膜における結晶軸に直交する基準面との成す角度は、前記III族窒化物半導体のｃ軸及び前記結晶軸によって規定される第１平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成し、前記結晶軸はｍ軸又はａ軸である。
【００３３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子は、ｃ軸及び結晶軸（ｍ軸又はａ軸）の一方から他方に取られる角度に関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。
【００３４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記角度は、前記第１平面及び前記法線軸に直交する第２平面において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。
【００３５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子は、半極性面の法線軸に垂直な面において規定される角度に関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。
【００３６】
本発明に係る別の側面は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法である。この方法は、（ａ）へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板を準備する工程と、（ｂ）前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に形成されたエピタキシャル半導体領域と前記複合基板とを含むレーザ構造体、及び電極を有する基板生産物を形成する工程と、（ｃ）前記支持基体のへき開方向に合わせた方向に前記基板生産物をスクライブする工程と、（ｄ）前記基板生産物への押圧により前記基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程とを備える。前記基板生産物は第１の面及び第２の面を有し、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、前記レーザバーは、前記第１の面から前記第２の面にまで延在し前記分離により形成された第１及び第２の端面を有し、前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含み、前記第１及び第２の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、前記電極は、前記エピタキシャル半導体領域の上に形成され、前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸に沿って配列されており、前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、前記レーザ構造体は、前記複合基板の前記半極性主面の上に延在するレーザ導波路を含み、前記電極は前記第１及び第２の端面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在する。
【００３７】
この作製方法によれば、複合基板における支持基体のへき開性を利用して、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器のための第１の端面を押圧により形成できる。レーザバーにおける第１の端面は第１の面から第２の面にまで延在し、また第１の端面は、押圧により形成された支持基体のへき開面を含むと共に、この押圧によりエピタキシャル半導体領域にも端面を形成できる。
【００３８】
本発明に係る別の側面の作製方法では、前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、前記スクライブは前記第２の面に前記支持基板の裏面に行われ、前記押圧は前記第１の面に行われることができる。この作製方法によれば、押圧によるエピタキシャル半導体領域の破断が、支持基体におけるへき開面の形成方向を引き継いで生じやすくなる。
【００３９】
本発明に係る別の側面の作製方法では、前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、前記スクライブは前記第１の面に前記半導体領域の表面に行われ、前記押圧は前記第２の面に行われることができる。この作製方法によれば、半導体領域上の電極等の位置を避けて、第１の面にスクライブを行うことができ。スクライブの際にエピタキシャル半導体領域及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００４０】
本発明に係る別の側面の作製方法では、前記半導体領域は前記第１の面と前記基板との間に位置し、前記スクライブは前記第２の面に前記支持基板の裏面に行われ、前記押圧は前記第２の面に行われることができる。この作製方法によれば、導波路構造を含むエピタキシャル半導体領域へのスクライブ及び押圧を行わないので、スクライブ線の形成及び押圧の際にエピタキシャル半導体領域及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００４１】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能なIII族窒化物半導体レーザ素子が提供されることができ、また光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能な、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。
【図３】図３は、III族窒化物半導体レーザ素子の活性層における発光の偏光を示す図面である。
【図４】図４は、III族窒化物半導体レーザ素子の端面と活性層のｍ面との関係を示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す工程フロー図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、実施例に示されたレーザーダイオードの構造を示す図面である。
【図８】図８は、結晶格子における｛２０−２１｝面を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４５】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図面である。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではない。III族窒化物半導体レーザ素子１１は、レーザ構造体１３及び電極１５を備える。レーザ構造体１３は、複合基板１７及びエピタキシャル半導体領域１９（「半導体領域１９」と記す）を含む。複合基板１７は、支持基体１６と窒化ガリウム系半導体膜１８とを含む。支持基体１６は、へき開性を有する材料からなる。窒化ガリウム系半導体膜１８は、支持基体１６の主面１６ａに張り合わされて成る接合ＪＣを有する。複合基板１７は、張り合わせ構造を有する複合基板である。複合基板１７は、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる半極性主面１７ａと裏面１７ｂとを有する。半導体領域１９は、複合基板１７の半極性主面１７ａ（窒化ガリウム系半導体膜１８の半極性主面１８ａ）上に設けられている。電極１５は、レーザ構造体１３の半導体領域１９上に設けられ、導波路軸（導波路ベクトル）の方向に延在する。半導体領域１９は、第１のクラッド層２１と、第２のクラッド層２３と、活性層２５とを含む。第１のクラッド層２１は、第１導電型III族窒化物半導体層を含み、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体層等からなる。第２のクラッド層２３は、第２導電型III族窒化物半導体層を含み、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮといった窒化ガリウム系半導体層からなる。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａ及び障壁層２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は量子井戸構造を含むことができ、活性層２５の発振波長は例えば波長５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲にあることができる。窒化ガリウム系半導体膜１８の半極性面の利用により、長波長の発光を可能にするＩｎＧａＮ層の成長に好適である。第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。レーザ構造体１３は導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面２７及び第２の端面２９を含む。例えばこれらの端面２７、２９は、レーザ構造体１３の半導体領域１９の主面１９ａのエッジからレーザ構造体１３の支持基体１６の裏面１６ｂまで延在する。導波路ベクトルは、第１及び第２の端面２７、２９の一方から他方への方向に向く。
【００４６】
図１を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。半極性主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、図１には、窒化ガリウム系半導体膜１８における代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。また、ベクトルＶＣは、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸の方向を示す。一実施例では、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸（及び、半導体領域１９における前記III族窒化物半導体のｃ軸）は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対して、ゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。これには、ピエゾ分極が少なくなること、Ｉｎの取り込みが良いことという利点がある。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ構造体１３は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する端面２７、２９を含む。また、別の実施例では、端面２７、２９は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面に交差することができる。この形態では、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸（及び、半導体領域１９におけるIII族窒化物半導体のｃ軸）は、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるａ軸の方向に法線軸ＮＸに対して、ゼロより大きい角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。さらに、必要な場合には、ａ軸やｍ軸といった特定の結晶軸の向きとは関係なく、導波路軸を規定することができる。引き続く説明では、窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｃ軸が窒化ガリウム系半導体膜１８におけるｍ軸の方向に傾斜する実施例を説明する。
【００４７】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１６の材料のへき開可能な方向は、半導体領域１９のａ軸及びｍ軸のいずれか一つの方向に合わされていることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、へき開可能な方向が半導体領域１９のａ軸方向に合わされているとき、ｍ軸は複合基板１７の主面の法線軸に対してｃ軸の方向に傾斜されると共に、ａ面は支持基体１６のへき開面の向きに合わされる。へき開可能な方向が半導体領域１９のｍ軸方向に合わされているとき、ａ軸は複合基板１７の主面の法線軸に対してｃ軸の方向に傾斜されると共に、ｍ面は支持基体１６のへき開面の向きに合わされる。これらの場合において、半導体領域１９の端面１９ｃは半導体領域１９のａ面、ｍ面及びｃ面と異なっている。
【００４８】
窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａは研磨面を含むことができる。支持基体１６及び窒化ガリウム系半導体膜１８を含む複合基板１７である複合部材において、研磨面により、適切な面方位とエピ成長の好適な下地面とを提供できる。
【００４９】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、半導体領域１９の端面１９ｃは、窒化ガリウム系半導体膜１８の材料の劈開面に沿って延在する基準面に対して傾斜している。この半導体領域１９の端面１９ｃにおける主要な面方位は窒化ガリウム系半導体膜１８におけるへき開面と異なる。窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａは半極性を示すので、窒化ガリウム系半導体膜１８のｃ軸、ｍ軸及びａ軸が、複合基板１７の主面１７ａにおける法線軸ＮＸに対して傾斜するので、半導体領域１９の端面１９ｃは、半導体領域１９のIII族窒化物半導体のへき開面とはならない。
【００５０】
また、半導体領域１９のｃ軸を示すｃ軸ベクトル（例えば活性層におけるｃ軸ベクトル）Ｖ１９は、窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａの垂直な法線成分Ｖ１９Ｎと窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａに平行な平行成分Ｖ１９Ｐとを含む。このｃ軸ベクトルの平行成分Ｖ１９Ｐは、半導体領域１９の端面１９ｃにおける法線ベクトルＮ１９と２度以内の角度を成すことができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、偏光特性上、光の増幅に有利な面方位にエピタキシャル半導体領域の端面を向けることができる。
【００５１】
支持基体１６はへき開性を有する材料からなることができる。一実施例では、支持基体１６が、へき開性を有する二元化合物半導体、例えばＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮを含むことができ、また劈開性を有する酸化物を含むことができる。支持基体１６がＳｉＣからなるとき、ＳｉＣはその上にＧａＮ系半導体のヘテロエピタキシが容易であるので、窒化ガリウム系半導体膜の張り合わせに好適である。支持基体１６がＧａＡｓ及びＩｎＰからなるときは良好な劈開性が得られ、入手も容易である。支持基体１６がＺｎＳｅからなるときは、良好な劈開性が得られる。支持基体１６がＺｎＯからなるときは、可視光に対して透明であり、導電性の複合基板が得られる。支持基体１６がＧａＮ（又は窒化ガリウム系半導体）からなるときは、窒化ガリウム系半導体膜１８の熱膨張係数に一致又は近い熱膨張係数を有し、可視光に対して透明であり、導電性の複合基板が得られる。支持基体１６が、劈開性を示す酸化物からなるとき、例えばスピネル、マイカ、ケイ酸塩結晶等からなるときは、多くの酸化物は、ＧａＡｓやＩｎＰ等に比べて優れた耐熱性を有する。これ故に、酸化物からなる支持基体は、成膜に高温を用いる窒化ガリウム系半導体の成長に好適である。
【００５２】
窒化ガリウム系半導体膜１８の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることができる。転位密度に起因する素子寿命の短縮が低減される。
【００５３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、絶縁膜３１を更に備える。絶縁膜３１はレーザ構造体１３の半導体領域１９の表面１９ａを覆っており、半導体領域１９は絶縁膜３１と複合基板１７との間に位置する。複合基板１７は六方晶系III族窒化物半導体からなる。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面との交差線ＬＩＸの方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体領域１９の表面１９ａ（例えば第２導電型のコンタクト層３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。
【００５４】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１の端面２７及び第２の端面２９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２の端面２７、２９を含み、第１の端面２７及び第２の端面２９の一方から他方に、レーザ導波路及び導波路軸が延在している。レーザ構造体１３は第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂを含み、第１の面１３ａは第２の面１３ｂの反対側の面である。第１及び第２の端面２７、２９は、第１の面１３ａのエッジ１３ｃから第２の面１３ｂのエッジ１３ｄまで延在する。第１及び第２の端面２７、２９の各々は、半導体領域１９の端面１９ｃ及び支持基体１６の端面１６ｃを含む。支持基体１６の端面１６ｃは、へき開面（ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面）である。半導体領域１９の端面１９ｃは、本実施例では、へき開面（ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面）とは異なる。
【００５５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１の一形態では、窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａは半極性面からなり、この半極性主面１８ａ上に半導体領域１９が設けられる。窒化ガリウム系半導体膜１８の主面１８ａが半極性を示すとき、全ての偏光方向のうち光の増幅に最も有利な方向に反射端面を向けることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、このレーザ素子のためのレーザ共振器における第１の端面２７は、半導体領域１９の端面１９ｃ及び支持基体１６の端面（へき開面）１６ｃを含み、また半導体領域１９の主面１９ａのエッジから支持基体１６の裏面１６ｂのエッジまで延在する。半極性主面１７ａ（１８ａ）上の半導体領域１９のｃ軸は、半極性主面１７ａの法線軸ＮＸに対して傾斜しているけれども、半導体領域１９の端面１９ｃの延在方向は、支持基体１６の端面１６ｃの延在方向に案内される。したがって、III族窒化物半導体レーザ素子１１において、光共振器のための半導体領域１９の端面１９ｃの向きを制御可能である。
【００５６】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、図１に示されるように、端面２７、２９の少なくともいずれか一方は、半導体領域１９の主面１９ａから延在するスクライブ跡２０を含むことができる。このスクライブ跡２０はエピ表面から支持基体１６にまで到達する。押圧を行って、へき開性を示す材料からなる支持基板１６に引き起こされるへき開の達成方向を引き継いで、半導体領域１９の端面１９ｃが形成される。スクライブ跡２０はレーザ導波路の両側に設けられることが好ましい。両側のスクライブにより、レーザ導波路の端面は光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。或いは、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、端面２７、２９の少なくともいずれか一方は、支持基板１６の裏面１６ｂから延在するスクライブ跡を含むことができる。へき開性を示す材料からなる支持基板１６におけるへき開の達成方向を引き継いで、レーザ導波路の端面は光共振器に好適な平坦性及び垂直性を有する。
【００５７】
また、このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の端面２７、２９がｍ−ｎ面に交差する。これ故に、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在するレーザ導波路を設けることができる。これ故に、III族窒化物半導体レーザ素子１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有することになる。
【００５８】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側光ガイド層３５及びｐ側光ガイド層３７を含む。ｎ側光ガイド層３５は、第１の部分３５ａ及び第２の部分３５ｂを含み、ｎ側光ガイド層３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド層３７は、第１の部分３７ａ及び第２の部分３７ｂを含み、ｐ側光ガイド層３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。キャリアブロック層３９は、例えば第１の部分３７ａと第２の部分３７ｂとの間に設けられる。複合基板１７の裏面１７ｂには別の電極４１が設けられ、電極４１は例えば複合基板１７の裏面１７ｂに設けられる。
【００５９】
図２は、III族窒化物半導体レーザ素子における活性層におけるバンド構造を示す図面である。図３は、III族窒化物半導体レーザ素子１１の活性層２５における発光の偏光を示す図面である。図４は、ｃ軸及びｍ軸によって規定される断面を模式的に示す図面である。図２の（ａ）部を参照すると、バンド構造ＢＡＮＤのΓ点近傍では、伝導帯と価電子帯との間の可能な遷移は、３つある。Ａバンド及びＢバンドは比較的小さいエネルギ差である。伝導帯とＡバンドとの遷移Ｅａによる発光はａ軸方向に偏光しており、伝導帯とＢバンドとの遷移Ｅｂによる発光はｃ軸を主面に投影した方向に偏光している。レーザ発振に関して、遷移Ｅａのしきい値は遷移Ｅｂのしきい値よりも小さい。
【００６０】
図２の（ｂ）部を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子１１におけるＬＥＤモードにおける光のスペクトルが示されている。ＬＥＤモードにおける光は、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向の偏光成分Ｉ１と、六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸を主面に投影した方向の偏光成分Ｉ２を含み、偏光成分Ｉ１は偏光成分Ｉ２よりも大きい。偏光度ρは（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）によって規定される。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器を用いて、ＬＥＤモードにおいて大きな発光強度のモードの光をレーザ発振させることができる。
【００６１】
図３に示されるように、第１及び第２の端面２７、２９の少なくとも一方、又はそれぞれに設けられた誘電体多層膜４３ａ、４３ｂを更に備えることができる。破断面２７、２９にも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。
【００６２】
図３の（ｂ）部に示されるように、活性層２５からのレーザ光Ｌは六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に偏光している。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１において、低しきい値電流を実現できるバンド遷移は偏光性を有する。レーザ共振器のための第１及び第２の端面２７、２９は、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なる。しかしながら、第１及び第２の端面２７、２９は共振器のための,ミラーとしての平坦性、垂直性を有する。これ故に、第１及び第２の端面２７、２９とこれらの端面２７、２９間に延在するレーザ導波路とを用いて、図３の（ｂ）部に示されるように、ｃ軸を主面に投影した方向に偏光する遷移Ｅｂの発光よりも強い遷移Ｅａの発光を利用して低しきい値のレーザ発振が可能になる。
【００６３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１及び第２の端面２７、２９の各々には、支持基体１６の端面１６ｃ及び半導体領域１９の端面１９ｃが現れており、端面１６ｃ及び端面１９ｃは誘電体多層膜４３ａで覆われている。端面１６ｃ及び活性層２５における端面２５ｃの法線ベクトルＮＡと活性層２５のｍ軸ベクトルＭＡとの成す角度ＢＥＴＡは、半導体領域１９におけるIII族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面Ｓ１において規定される成分（ＢＥＴＡ）１と、第１平面Ｓ１及び法線軸ＮＸに直交する第２平面Ｓ２において規定される成分（ＢＥＴＡ）２とによって規定される。成分（ＢＥＴＡ）１は、III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面Ｓ１において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲であることが好ましい。この角度範囲は、図４において、代表的なｍ面ＳＭと参照面ＦＡとの成す角度として示されている。代表的なｍ面ＳＭが、理解を容易にするために、図４において、レーザ構造体の内側から外側にわたって描かれている。参照面ＦＡは、活性層２５の端面２５ｃに沿って延在する。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度ＢＥＴＡに関して、上記の垂直性を満たす端面を有する。また、成分（ＢＥＴＡ）２は第２平面Ｓ２において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。ここで、ＢＥＴＡ２＝（ＢＥＴＡ）１２＋（ＢＥＴＡ）２２である。このとき、III族窒化物半導体レーザ素子１１の端面２７、２９は、半極性面１７ａの法線軸ＮＸに垂直な面において規定される角度に関して上記の垂直性を満たす。
【００６４】
再び図１を参照すると、III族窒化物半導体レーザ素子１１では、半導体領域の破断の方向を案内するためには、支持基体１６の厚さＤＳＵＢは例えば40μｍ以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子では、レーザ共振器のための良質な端面を得るために好適である。III族窒化物半導体レーザ素子１１では、支持基体１６の厚さは60μｍ以上150μｍ以下であることが更に好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、レーザ共振器のための良質な端面を得るために更に好適である。また、ハンドリングが容易になり、生産歩留まりを向上させることができる。
【００６５】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは４５度以上であることが好ましく、また８０度以下であることが好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが好ましく、また１３５度以下であることが好ましい。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。
【００６６】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、更に好ましくは、法線軸ＮＸと六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸との成す角度ＡＬＰＨＡは６３度以上であることが好ましく、また８０度以下であることが好ましい。また、角度ＡＬＰＨＡは１００度以上であることが好ましく、また１１７度以下であることが好ましい。この角度範囲では、活性層におけるピエゾ分極が小さくできる。また、活性層の成長におけるＩｎ取り込みが良いので、活性層におけるＩｎ組成の可変範囲が広い。これ故に、長波長の発光を得るために好適である。さらに、半導体領域１９のｍ面が、端面２７、２９における支持基体１６のへき開面に沿って延在する基準面から離れているので、半導体領域１９の端面１９ｃにへき開面のｍ面が現れる可能性を低くできる。
【００６７】
半極性主面１７ａは、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの面から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も前記主面として好適である。これら典型的な半極性面１７ａにおいて、当該III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性の第１及び第２の端面２７、２９を提供できる。また、これらの典型的な面方位にわたる角度の範囲において、十分な平坦性及び垂直性を示す端面が得られる。
【００６８】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、複合基板１７における窒化ガリウム系半導体膜１８の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることができる。転位密度に起因する素子寿命の短縮が低減される。また、複合基板１７の窒化ガリウム系半導体膜１８は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、共振器として利用可能な端面２７、２９を得ることができる。ＩｎＧａＮ膜を用いるとき、基板主面と発光層との格子不整合率を小さくでき、結晶品質を向上できる。
【００６９】
図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法の主要な工程を示す図面である。図６の（ａ）部を参照すると、複合基板５１が示されている。工程Ｓ１０１では、III族窒化物半導体レーザ素子の作製のための複合基板５１を準備する。複合基板５１は、支持基体５０と、支持基体５０に張り合わせ接合された窒化ガリウム系半導体薄膜５２とを含む。窒化ガリウム系半導体薄膜５２の六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸（ベクトルＶＣ）は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸方向（ベクトルＶＭ）に法線軸ＮＸに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。これ故に、複合基板５１の主面５１ａは、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性を有する。窒化ガリウム系半導体薄膜５２の厚さは例えば50ｎｍ以上であり、1000ｎｍ以下である。
【００７０】
複合基板５１の作製の一例を説明する。半極性面（例えばｃ軸をｍ軸方向に７５度の角度で傾斜させた半極性面）を有するＧａＮインゴットを準備すると共に。ｃ面主面を有するＳｉＣ下地基板を準備する。下地基板の主面は、この主面がこの基板のへき開面にほぼ垂直になるように決定されることができる。ＧａＮインゴットの半極性面をＳｉＣ支持基体のｃ面主面に接合する。この接合の位置合わせにおいて、ＧａＮインゴットのａ面とＳｉＣ支持基板のａ面が平行となるように接合する。接合の後に、ＳｉＣ支持基体のｃ面主面に数百ナノメートルのＧａＮ薄層が残るように、ＳｉＣ支持基板をＧａＮインゴットから剥離する。その後に、例えばＧａＮ薄層を研磨して、ＧａＮ研磨面を有する複合基板を得る。研磨後において、窒化ガリウム系半導体薄膜５２の厚さは例えば300ｎｍである。なお、本実施例では、ＧａＮインゴットのａ面とＳｉＣ支持基板のａ面が平行となるように接合したけれども、ＧａＮインゴットの他のへき開面（例えばｍ面やｃ面）とＳｉＣ支持基板の他のへき開面（例えばｍ面やｃ面）が平行となるように接合してもよい。
【００７１】
工程Ｓ１０２では、基板生産物ＳＰを形成する。図６の（ａ）部では、基板生産物ＳＰはほぼ円板形の部材として描かれているけれども、基板生産物ＳＰの形状はこれに限定されるものではない。基板生産物ＳＰを得るために、まず、工程Ｓ１０３では、レーザ構造体５５を形成する。レーザ構造体５５は、半導体領域５３及び複合基板５１を含んでおり、工程Ｓ１０３では、半導体領域５３は半極性主面５１ａ上に形成される。半導体領域５３を形成するために、半極性主面５１ａ上に、第１導電型の窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１を順に成長する。窒化ガリウム系半導体領域５７は例えばｎ型クラッド層を含み、窒化ガリウム系半導体領域６１は例えばｐ型クラッド層を含むことができる。発光層５９は窒化ガリウム系半導体領域５７と窒化ガリウム系半導体領域６１との間に設けられ、また活性層、光ガイド層及び電子ブロック層等を含むことができる。窒化ガリウム系半導体領域５７、発光層５９、及び第２導電型の窒化ガリウム系半導体領域６１は、半極性主面５１ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。これらの半導体層はエピタキシャル成長される。半導体領域５３上は、絶縁膜５４で覆われている。絶縁膜５４は例えばシリコン酸化物からなる。絶縁膜５４は開口５４ａを有する。開口５４ａは例えばストライプ形状を成す。
【００７２】
工程Ｓ１０４では、レーザ構造体５５上に、アノード電極５８ａ及びカソード電極５８ｂが形成される。また、複合基板５１の裏面に電極を形成する前に、結晶成長に用いた基板の裏面を研磨して、所望の厚さＤＳＵＢの基板生産物ＳＰを形成する。電極の形成では、例えばアノード電極５８ａが半導体領域５３上に形成されると共に、カソード電極５８ｂが複合基板５１の裏面（研磨面）５１ｂ上に形成される。アノード電極５８ａはＸ軸方向に延在し、カソード電極５８ｂは裏面５１ｂの全面を覆っている。これらの工程により、基板生産物ＳＰが形成される。基板生産物ＳＰは、第１の面６３ａと、これに反対側に位置する第２の面６３ｂとを含む。半導体領域５３は第１の面６３ａと複合基板５１との間に位置する。
【００７３】
工程Ｓ１０５では、図６の（ｂ）部に示されるように、基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブする。このスクライブは、レーザスクライバ１０ａを用いて行われる。スクライブによりスクライブ溝６５ａが形成される。図６の（ｂ）部では、５つのスクライブ溝が既に形成されており、レーザビームＬＢを用いてスクライブ溝６５ｂの形成が進められている。スクライブ溝６５ａの長さは、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるａ−ｎ面と第１の面６３ａとの交差線ＡＩＳの長さよりも短く、交差線ＡＩＳの一部分にレーザビームＬＢの照射が行われる。レーザビームＬＢの照射により、特定の方向に延在し半導体領域に到達する溝が第１の面６３ａに形成される。スクライブ溝６５ａは例えば基板生産物ＳＰの一エッジに形成されることができる。スクライブ溝６５ａは支持基体のへき開方向に延在する。
【００７４】
工程Ｓ１０６では、図６の（ｃ）部に示されるように、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押圧は、例えばブレード６９といったブレイキング装置を用いて行われる。ブレード６９は、一方向に延在するエッジ６９ａと、エッジ６９ａを規定する少なくとも２つのブレード面６９ｂ、６９ｃを含む。また、基板生産物ＳＰ１の押圧は支持装置７１上において行われる。支持装置７１は、支持面７１ａと凹部７１ｂとを含み、凹部７１ｂは一方向に延在する。凹部７１ｂは、支持面７１ａに形成されている。基板生産物ＳＰ１のスクライブ溝６５ａの向き及び位置を支持装置７１の凹部７１ｂの延在方向に合わせて、基板生産物ＳＰ１を支持装置７１上において凹部７１ｂに位置決めする。凹部７１ｂの延在方向にブレイキング装置のエッジの向きを合わせて、第２の面６３ｂに交差する方向からブレイキング装置のエッジを基板生産物ＳＰ１に押し当てる。交差方向は好ましくは第２の面６３ｂにほぼ垂直方向である。これによって、基板生産物ＳＰの分離を行って、基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。押し当てにより、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有するレーザバーＬＢ１が形成され、これらの端面６７ａ、６７ｂは少なくとも発光層の一部は半導体レーザの共振ミラーに適用可能な程度の垂直性及び平坦性を有する。この分離の際に、押圧により複合基板５１の支持基体５０にへき開が生じ、このへき開に続く破断が半導体領域５３に及んで半導体領域５３に端面が形成される。半導体領域５３における端面の延在方向は、へき開面の延在方向により規定される。
【００７５】
この作製方法によれば、支持基体５０及び窒化ガリウム系半導体膜５２を含む複合基板５１における支持基体５０のへき開性を利用して、III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器のための端面６７ａ、６７ｂを押圧により形成できる。レーザバーにおける端面６７ａ、６７ｂは第１の面６３ａから第２の面６３ｂにまで延在する。また。端面６７ａ、６７ｂは支持基体５０のへき開面を含むと共に、この押圧により半導体領域５３にも端面を提供できる。
【００７６】
製法方法は例えば以下のものを採用できる。半導体領域５３は第１の面６３ａ（半導体領域５３の表面に）と複合基板５１との間に位置する。一作製方法では、スクライブは第２の面６３ｂ（支持基板５０の裏面に）に行う。押圧は第１の面６３ａに行われる。この作製方法によれば、押圧による半導体領域５３の破断が、支持基体５０におけるへき開面の形成方向を引き継いで、生じやすくなる。
【００７７】
別の作製方法では、スクライブは第１の面６３ａに行われる。押圧は第２の面６３ｂに行われる。この作製方法によれば、半導体領域５３上の電極等の位置を避けて、第１の面６３ａにスクライブを行うことができ、スクライブの際に半導体領域５３及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００７８】
さらに別の作製方法では、スクライブは第２の面６３ｂに行われる。押圧は第２の面６３ｂに行われる。この作製方法によれば、導波路構造を含む半導体領域５３へのスクライブ及び押圧を行わないので、スクライブ線の形成及び押圧の際に半導体領域５３及び導波路構造にダメージを与えることがない。
【００７９】
形成されたレーザバーＬＢ１は、上記の分離により形成された第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂを有し、端面６７ａ、６７ｂの各々は、第１の面６３ａから第２の面６３ｂにまで延在する。これ故に、端面６７ａ、６７ｂは、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、ＸＺ面に交差する。このＸＺ面は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に対応する。
【００８０】
この方法によれば、六方晶系III族窒化物半導体のａ軸の方向に基板生産物ＳＰの第１の面６３ａをスクライブした後に、基板生産物ＳＰの第２の面６３ｂへの押圧により基板生産物ＳＰの分離を行って、新たな基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１を形成する。これ故に、ｍ−ｎ面に交差するように、レーザバーＬＢ１に第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂが形成される。この端面形成によれば、第１及び第２の端面６７ａ、６７ｂに当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性が提供される。
【００８１】
また、この方法では、形成されたレーザ導波路は、六方晶系III族窒化物のｃ軸の傾斜の方向に延在している。ドライエッチング面を用いずに、このレーザ導波路を提供できる共振器ミラー端面を形成している。
【００８２】
この方法によれば、基板生産物ＳＰ１のブレイクにより、新たな基板生産物ＳＰ１及びレーザバーＬＢ１が形成される。工程Ｓ１０７では、押圧による分離を繰り返して、多数のレーザバーを作製する。この割断は、レーザバーＬＢ１の分離線ＢＲＥＡＫに比べて短いスクライブ溝６５ａを用いて引き起こされる。
【００８３】
工程Ｓ１０８では、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂに誘電体多層膜を形成して、レーザバー生産物を形成する。工程Ｓ１０９では、このレーザバー生産物を個々の半導体レーザのチップに分離する。
【００８４】
本実施の形態に係る製造方法では、角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面がｍ面からなる可能性が高くなる。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。更に好ましくは、角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。４５度未満及び１３５度を越える角度では、押圧により形成される端面の一部に、ｍ面が出現する可能性がある。また、８０度を越え１００度未満の角度では、所望の平坦性及び垂直性が得られないおそれがある。半極性主面５１ａは、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの面から−４度以上＋４度以下の範囲で微傾斜した面も前記主面として好適である。これら典型的な半極性面において、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性及び垂直性でレーザ共振器のための端面を提供できる。
【００８５】
また、複合基板５１の窒化ガリウム系半導体薄膜５２は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかからなることができる。これらの窒化ガリウム系半導体からなる基板を用いるとき、レーザ共振器として利用可能な端面を得ることができる。複合基板５１の窒化ガリウム系半導体薄膜５２は好ましくはＧａＮからなる。支持基体５０が、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、劈開性を有する酸化物のいずれかから成ることができる。例えば、これらの材料の支持基体上にＧａＮ薄膜が貼り合わされた複合基板を作製することができる。この複合基板では、ＧａＮ薄膜のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）の向きがそれぞれ支持基体のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）の向きに合わされてもよく、或いはＧａＮ薄膜のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）のいずれかの向きが支持基体のへき開面（ａ面、ｍ面、ｃ面）のいずれかの向きに合わされていてもよい。また、ＧａＮ系半導体（例えばＧａＮ）からなる支持基体とＧａＮ系半導体（例えばＧａＮ）からなる薄膜との貼り合わせ構造を含む複合基板では、支持基体の結晶性は薄膜の結晶性より低くして、コスト低減を図ることができる。
【００８６】
この複合基板では、当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成できる程度の十分な平坦性、垂直性があるか又はイオンダメージの無い端面６７ａ、６７ｂを歩留まりよく形成できる。
【００８７】
本実施の形態に係るレーザ端面の製造方法では、レーザバーＬＢ１においても、図３を参照しながら説明された角度ＢＥＴＡが規定される。レーザバーＬＢ１では、角度ＢＥＴＡの成分（ＢＥＴＡ）１は、III族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定される第１平面（図３を参照した説明における第１平面Ｓ１に対応する面）において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲であることが好ましい。レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂは、ｃ軸及びｍ軸の一方から他方に取られる角度ＢＥＴＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。また、角度ＢＥＴＡの成分（ＢＥＴＡ）２は、第２平面（図３に示された第２平面Ｓ２に対応する面）において−５度以上＋５度以下の範囲であることが好ましい。このとき、レーザバーＬＢ１の端面６７ａ、６７ｂは、半極性面５１ａの法線軸ＮＸに垂直な面において規定される角度ＢＥＴＡの角度成分に関して上記の垂直性を満たす。
【００８８】
端面６７ａ、６７ｂは、半極性面５１ａ上にエピタキシャルに成長された複数の窒化ガリウム系半導体層への押圧によるブレイクによって形成される。半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜であるが故に、端面６７ａ、６７ｂの半導体領域５３の端面は、これまで共振器ミラーとして用いられてきたｃ面、ｍ面、又はａ面といった低面指数のへき開面ではない。しかしながら、半極性面５１ａ上へのエピタキシャル膜の積層のブレイクにおいて、端面６７ａ、６７ｂは、共振器ミラーとして適用可能な平坦性及び垂直性を有する。
【００８９】
この端面を有するレーザの共振器としての有用性を調べるため、以下の通り、図７に示されるレーザーダイオードを有機金属気相成長法により成長した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）を用いた。上記のように作製された複合基板７１を準備した。ｍ軸方向へのｃ軸の傾斜角度ＡＬＰＨＡが０度から９０度の範囲の所望のオフ角を有しＨＶＰＥ法で厚く成長したＧａＮインゴットを準備し、このＧａＮインゴットのｍ７５度ＧａＮ面をＳｉＣ支持基体のｃ面主面に接合した後に、ＳｉＣ支持基体７０ａの主面にＧａＮ薄膜７０ｂを残すように処理して、複合基板７１を作製する。例えば、７５度の角度のＧａＮ主面は、｛２０−２１｝面の面方位に対応する。図８に示される六方晶系の結晶格子において参照符号７１ａによって示されている。
【００９０】
この基板７１を反応炉内のサセプタ上に配置した後に、以下の成長手順でエピタキシャル層を成長した。まず、厚さ５００ｎｍのｎ型ＧａＮ７２を成長した。次に、厚さ１５００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７３を成長した。引き続き、厚さ２００ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７４を成長した後に、ＧａＮ厚さ１５ｎｍ／ＩｎＧａＮ厚さ３ｎｍから構成されるＭＱＷ７５を成長した。続いて、厚さ２００ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層７６、及び厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層７７を成長した。次に、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層７７を成長した。最後に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層７８を成長した。
【００９１】
ＳｉＯ２の絶縁膜７９をコンタクト層７８上に成膜した後に、フォトリソグラフィを用いて幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成した。ここで、以下の２通りにストライプ方向のコンタクト窓を形成した。レーザストライプがＭ方向（コンタクト窓がｃ軸及びｍ軸によって規定される所定の面に沿った方向）のものを作製する。
【００９２】
ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕから成るｐ側電極８０ａとＴｉ／Ａｌから成るパッド電極を蒸着した。次いで、ＳｉＣ支持基体の裏面をダイヤモンドスラリーを用いて研磨し、裏面がミラー状態の基板生産物を作製した。ＳｉＣ支持基体の裏面（研磨面）にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るｎ側電極８０ｂを蒸着により形成した。
【００９３】
ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板裏側に押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。より具体的に、ＳｉＣ支持基体のｃ面上のＧａＮ薄膜の｛２０−２１｝面の主面について、結晶方位と端面との関係を示したものが、図８の（ａ）部と図８の（ｂ）部である。図８の（ａ）部はレーザストライプを上記のＭ方向に設けた場合であり、半極性面７１ａと共にレーザ共振器のための端面８１ａ、８１ｂが示される。端面８１ａ、８１ｂは半極性面７１ａにほぼ直交しているが、従来のｃ面、ｍ面又はａ面等のこれまでのへき開面とは異なる。図８の（ｂ）部はレーザストライプを＜１１−２０＞方向に設けた場合であり、半極性面７１ａと共にレーザ共振器のための端面８１ｃ、８１ｄが示される。端面８１ｃ、８１ｄは半極性面７１ａにほぼ直交しており、ａ面から構成される。
【００９４】
上記の実施例を含めた様々な実験によって、角度ＡＬＰＨＡは、４５度以上８０度以下及び１００度以上１３５度以下の範囲であることが好ましい。
【００９５】
発振チップ歩留を向上させるためには、ｃ軸の傾斜をｍ軸の方向に規定する角度ＡＬＰＨＡは、６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲であることができる。典型的な半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかであることができる。更に、これらの半極性面からの微傾斜面であることができる。例えば、半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面から、ｍ面方向に−４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面であることができる。
【００９６】
発振チップ歩留を向上させるためには、ｃ軸の傾斜をａ軸の方向に規定する角度ＡＬＰＨＡは、５９度以上８０度以下及び１００度以上１２１度以下の範囲であることができる。典型的な半極性主面、｛１１−２２｝面、｛１１−２１｝面、｛１１−２−２｝面、及び｛１１−２１｝面のいずれかであることができる。更に、これらのいずれかの半極性面から、ａ面方向に−４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面であることができる。
【００９７】
実施の形態における説明においては、支持基体に張り合わされた窒化ガリウム系半導体膜の主面は半極性を示す形態を説明したけれども、複合基板は、六方晶系の窒化ガリウム系半導体からなる半極性面と異なる極性品質（極性面、無極性面）を有することができる。支持基体の材料のへき開可能な方向は、複合基板上に設けられる半導体領域のａ軸、ｍ軸及びｃ軸のいずれか一つの方向に合わされていることができる。例えば、無極性面に関しては、へき開可能な方向がエピタキシャル半導体領域のｃ軸方向に合わされているとき、ｍ軸及びａ軸の一方は、複合基板の主面の法線軸に対してｍ軸及びａ軸の他方の方向に傾斜可能である。複合基板が、III族窒化物（例えばＧａＮ）と異なる異種材料の支持基体と該異種基板に接合を成すＧａＮ半導体薄膜とを含むとき、高品質のＧａＮ主面を有する安価な基板を提供できる。なお、例えば結晶学的な（０００１）面から微少な傾斜（例えば−2度以上＋2度以下）を有する半導体面も極性面と呼び、無極性についても同様に扱う。
【００９８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能なIII族窒化物半導体レーザ素子が提供され、また光共振器のための半導体積層の端面の向きを制御可能な、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【０１００】
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…レーザ構造体、１３ａ…第１の面、１３ｂ…第２の面、１３ｃ、１３ｄ…エッジ、１５…電極、１６…支持基体、１８…窒化ガリウム系半導体膜、１７…複合基板、１７ａ…半極性主面、１７ｂ…支持基体裏面、１７ｃ…支持基体端面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、１９ｃ…半導体領域端面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２７、２９…割断面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド層、３７…ｐ側光ガイド層、３９…キャリアブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、ＭＡ…ｍ軸ベクトル、ＢＥＴＡ…角度、５０…支持基体、５２…窒化ガリウム系半導体膜、５１…複合基板、５１ａ…半極性主面、ＳＰ…基板生産物、５３…半導体領域、５４…絶縁膜、５４ａ…絶縁膜開口、５５…レーザ構造体、５７…窒化ガリウム系半導体領域、５９…発光層、５８ａ…アノード電極、５８ｂ…カソード電極、６１…窒化ガリウム系半導体領域、６３ａ…第１の面、６３ｂ…第２の面、１０ａ…レーザスクライバ、６５ａ…スクライブ溝、６５ｂ…スクライブ溝、ＬＢ…レーザビーム、ＳＰ１…基板生産物、ＬＢ１…レーザバー、６９…ブレード、６９ａ…エッジ、６９ｂ、６９ｃ…ブレード面、７１…支持装置、７１ａ…支持面、７１ｂ…凹部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体レーザ素子であって、
へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板と、
前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に設けられIII族窒化物半導体からなるエピタキシャル半導体領域と、
前記エピタキシャル半導体領域の主面の上に設けられており導波路軸の方向に延在する電極とを備え、
前記複合基板及び前記エピタキシャル半導体領域はレーザ構造体を構成し、
前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面は半極性を示し、
前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層、活性層、及び第２導電型III族窒化物半導体層を含み、
前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層、及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
前記レーザ構造体は、前記導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面と、前記導波路軸に交差する方向に延在する第２の端面とを含み、
前記第１の端面は、前記レーザ構造体の前記エピタキシャル半導体領域の前記主面のエッジから前記レーザ構造体の前記支持基体の裏面まで延在し、
当該III族窒化物半導体レーザ素子のためのレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、
前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含む、III族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記III族窒化物半導体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に傾斜している、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記支持基体の前記材料のへき開可能な方向は、前記エピタキシャル半導体領域のａ軸及びｍ軸のいずれか一つの方向に合わされている、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は、前記エピタキシャル半導体領域のａ面、ｍ面及びｃ面と異なる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、
前記傾斜角は、４５度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１３５度以下の範囲にある、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、
前記傾斜角は、６３度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１１７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は、前記窒化ガリウム系半導体膜の材料の劈開面に沿って延在する基準面に対して傾斜している、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記活性層は、当該III族窒化物半導体レーザの発振波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲にあるように設けられる、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記導波路軸の方向に傾斜している、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面から−４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面である、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかである、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１２】
III族窒化物半導体レーザ素子であって、
へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板と、
前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に設けられたエピタキシャル半導体領域と、
前記エピタキシャル半導体領域の上に設けられており導波路軸の方向に延在する電極と、
前記導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面と、
前記導波路軸に交差する方向に延在する第２の端面と、
を備え、
前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層、活性層、及び第２導電型III族窒化物半導体層を含み、
前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層、及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
当該III族窒化物半導体レーザのためのレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面はｃ面からなり、
前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含む、III族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記導波路軸の方向を示す導波路ベクトルは、前記エピタキシャル半導体領域の前記端面における法線ベクトルと２度以内の角度を成す、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記支持基体が、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、及び劈開性を有する酸化物のいずれかから成る、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記窒化ガリウム系半導体膜の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第１の端面は、前記支持基板の裏面から延在するスクライブ跡を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記第１の端面は、前記前記エピタキシャル半導体領域の主面から延在するスクライブ跡を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は前記活性層の端面を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜におけるある結晶軸に直交する基準面と前記エピタキシャル半導体領域の前記活性層の前記端面との成す角度は、前記III族窒化物半導体のｃ軸及び前記結晶軸によって規定される第１平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成し、
前記結晶軸はｍ軸又はａ軸である、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は前記活性層の端面を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜におけるある結晶軸に直交する基準面と前記エピタキシャル半導体領域の前記活性層の前記端面との成す角度は、前記エピタキシャル半導体領域の前記主面に平行な第２平面において−５度以上＋５度以下の範囲である、請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２０】
III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板を準備する工程と、
前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に形成されたエピタキシャル半導体領域と前記複合基板とを含むレーザ構造体、及び電極を有する基板生産物を形成する工程と、
前記支持基体のへき開方向に合わせた方向に前記基板生産物をスクライブする工程と、
前記基板生産物への押圧により前記基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程と、
を備え、
前記基板生産物は第１の面及び第２の面を有し、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、
前記レーザバーは、前記第１の面から前記第２の面にまで延在し前記分離により形成された第１及び第２の端面を有し、
前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含み、
前記第１及び第２の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、
前記電極は、前記エピタキシャル半導体領域の上に形成され、
前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、
前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸に沿って配列されており、
前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記レーザ構造体は、前記複合基板の前記半極性主面の上に延在するレーザ導波路を含み、前記電極は前記第１及び第２の端面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在する、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２１】
前記エピタキシャル半導体領域は前記第１の面と前記複合基板との間に位置し、
前記スクライブは前記第２の面に行われ、
前記押圧は前記第１の面に行われる、請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２２】
前記エピタキシャル半導体領域は前記第１の面と前記複合基板との間に位置し、
前記スクライブは前記第１の面に行われ、
前記押圧は前記第２の面に行われる、請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２３】
前記エピタキシャル半導体領域は前記第１の面と前記複合基板との間に位置し、
前記スクライブは前記第２の面に行われ、
前記押圧は前記第２の面に行われる、請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項１】
III族窒化物半導体レーザ素子であって、
へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板と、
前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に設けられIII族窒化物半導体からなるエピタキシャル半導体領域と、
前記エピタキシャル半導体領域の主面の上に設けられており導波路軸の方向に延在する電極とを備え、
前記複合基板及び前記エピタキシャル半導体領域はレーザ構造体を構成し、
前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面は半極性を示し、
前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層、活性層、及び第２導電型III族窒化物半導体層を含み、
前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層、及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
前記レーザ構造体は、前記導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面と、前記導波路軸に交差する方向に延在する第２の端面とを含み、
前記第１の端面は、前記レーザ構造体の前記エピタキシャル半導体領域の前記主面のエッジから前記レーザ構造体の前記支持基体の裏面まで延在し、
当該III族窒化物半導体レーザ素子のためのレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、
前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含む、III族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記III族窒化物半導体のａ軸及びｍ軸のいずれかの方向に傾斜している、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記支持基体の前記材料のへき開可能な方向は、前記エピタキシャル半導体領域のａ軸及びｍ軸のいずれか一つの方向に合わされている、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は、前記エピタキシャル半導体領域のａ面、ｍ面及びｃ面と異なる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、
前記傾斜角は、４５度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１３５度以下の範囲にある、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記活性層は、インジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなる半導体層を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜のｃ軸は前記複合基板の主面における法線に対して傾斜角で傾斜しており、
前記傾斜角は、６３度以上であり、８０度以下であり、または１００度以上であり、１１７度以下の範囲にある、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は、前記窒化ガリウム系半導体膜の材料の劈開面に沿って延在する基準面に対して傾斜している、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記活性層は、当該III族窒化物半導体レーザの発振波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲にあるように設けられる、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記エピタキシャル半導体領域における前記III族窒化物半導体のｃ軸は、前記導波路軸の方向に傾斜している、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかの面から−４度以上＋４度以下の範囲でオフした微傾斜面である、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記半極性主面は、｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面、及び｛１０−１−１｝面のいずれかである、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１２】
III族窒化物半導体レーザ素子であって、
へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板と、
前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に設けられたエピタキシャル半導体領域と、
前記エピタキシャル半導体領域の上に設けられており導波路軸の方向に延在する電極と、
前記導波路軸に交差する方向に延在する第１の端面と、
前記導波路軸に交差する方向に延在する第２の端面と、
を備え、
前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型III族窒化物半導体層、活性層、及び第２導電型III族窒化物半導体層を含み、
前記第１導電型III族窒化物半導体層、前記活性層、及び前記第２導電型III族窒化物半導体層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸の方向に配列されており、
当該III族窒化物半導体レーザのためのレーザ共振器は前記第１及び第２の端面を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面はｃ面からなり、
前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含む、III族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記導波路軸の方向を示す導波路ベクトルは、前記エピタキシャル半導体領域の前記端面における法線ベクトルと２度以内の角度を成す、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記支持基体が、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、及び劈開性を有する酸化物のいずれかから成る、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記窒化ガリウム系半導体膜の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第１の端面は、前記支持基板の裏面から延在するスクライブ跡を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記第１の端面は、前記前記エピタキシャル半導体領域の主面から延在するスクライブ跡を含む、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は前記活性層の端面を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜におけるある結晶軸に直交する基準面と前記エピタキシャル半導体領域の前記活性層の前記端面との成す角度は、前記III族窒化物半導体のｃ軸及び前記結晶軸によって規定される第１平面において（ＡＬＰＨＡ−５）度以上（ＡＬＰＨＡ＋５）度以下の範囲の角度を成し、
前記結晶軸はｍ軸又はａ軸である、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記エピタキシャル半導体領域の前記端面は前記活性層の端面を含み、
前記窒化ガリウム系半導体膜におけるある結晶軸に直交する基準面と前記エピタキシャル半導体領域の前記活性層の前記端面との成す角度は、前記エピタキシャル半導体領域の前記主面に平行な第２平面において−５度以上＋５度以下の範囲である、請求項１〜請求項１８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２０】
III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
へき開性を有する材料からなる支持基体と、該支持基体の主面に張り合わされて成る接合を有する窒化ガリウム系半導体膜とを含む複合基板を準備する工程と、
前記窒化ガリウム系半導体膜の主面の上に形成されたエピタキシャル半導体領域と前記複合基板とを含むレーザ構造体、及び電極を有する基板生産物を形成する工程と、
前記支持基体のへき開方向に合わせた方向に前記基板生産物をスクライブする工程と、
前記基板生産物への押圧により前記基板生産物の分離を行って、別の基板生産物及びレーザバーを形成する工程と、
を備え、
前記基板生産物は第１の面及び第２の面を有し、前記第１の面は前記第２の面の反対側の面であり、
前記レーザバーは、前記第１の面から前記第２の面にまで延在し前記分離により形成された第１及び第２の端面を有し、
前記第１の端面は、前記エピタキシャル半導体領域の端面、及び前記支持基体のへき開面を含み、
前記第１及び第２の端面は当該III族窒化物半導体レーザ素子のレーザ共振器を構成し、
前記電極は、前記エピタキシャル半導体領域の上に形成され、
前記エピタキシャル半導体領域は、第１導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の窒化ガリウム系半導体からなる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられた活性層とを含み、
前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層及び前記活性層は、前記窒化ガリウム系半導体膜の前記主面の法線軸に沿って配列されており、
前記活性層は窒化ガリウム系半導体層を含み、
前記レーザ構造体は、前記複合基板の前記半極性主面の上に延在するレーザ導波路を含み、前記電極は前記第１及び第２の端面の一方から他方への方向に向く導波路ベクトルの方向に延在する、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２１】
前記エピタキシャル半導体領域は前記第１の面と前記複合基板との間に位置し、
前記スクライブは前記第２の面に行われ、
前記押圧は前記第１の面に行われる、請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２２】
前記エピタキシャル半導体領域は前記第１の面と前記複合基板との間に位置し、
前記スクライブは前記第１の面に行われ、
前記押圧は前記第２の面に行われる、請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２３】
前記エピタキシャル半導体領域は前記第１の面と前記複合基板との間に位置し、
前記スクライブは前記第２の面に行われ、
前記押圧は前記第２の面に行われる、請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３８４１６（Ｐ２０１２−１３８４１６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８８４２６（Ｐ２０１０−２８８４２６）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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